DE4441808A1

DE4441808A1 - Hydraulic friction clutch for automobile cooling fan

Info

Publication number: DE4441808A1
Application number: DE19944441808
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl Ing Eitelmann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-05-30

Abstract

The clutch has a supply chamber (5) and a working chamber (60), with a control valve for controlling the fluid circulation between them. The valve lever (9) is operated directly or indirectly via a piezoceramic operating element (13).Pref. the piezoceramic operating element is coupled to an electronic regulation stage providing a temp-dependent regulation signal. The piezoceramic operating element is pref. contained within the supply chamber of the clutch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für einen Lüfter zur Kühlung eines Kraftfahr zeugmotors, mit einer Vorratskammer sowie einer Arbeitskam mer, die eine angetriebene Kupplungsscheibe umschließt, wobei zwischen der Vorratskammer und der Arbeitskammer wenigstens ein Zulauf sowie wenigstens ein Rücklauf für die Zirkulation von Scherflüssigkeit vorgesehen sind, sowie mit wenigstens einem Steuerventil zur Steuerung der Zirkulation der Scher flüssigkeit, das mittels wenigstens eines regelbaren Betäti gungselementes beweglich ist.The invention relates to a fluid friction clutch, especially for a fan for cooling a motor vehicle zeugmotors, with a pantry and a work chamber mer, which encloses a driven clutch disc, wherein at least between the pantry and the working chamber an inflow and at least one return for circulation of shear liquid are provided, as well as with at least a control valve to control the circulation of the shear liquid that by means of at least one controllable actuator supply element is movable.

Aus der DE 38 29 322 C2 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung bekannt, bei der in einer Trennwand zwischen einer Arbeits kammer und einer Vorratskammer eine Zulauföffnung vorgesehen ist, die mittels eines Ventilhebels verschließbar ist. Der Ventilhebel ist mittels eines an der Außenseite des Gehäuses angeordneten Bimetallstreifens beweglich, wobei zur Verbin dung des Bimetallstreifens mit dem Ventilhebel ein durch die Gehäusewandung hindurchragender linear beweglicher Stift vor gesehen ist. Eine Bewegung des Ventilhebels wird durch eine Änderung der Biegung des Bimetallstreifens hervorgerufen, die abhängig ist von der den Bimetallstreifen umströmenden Küh lerablufttemperatur. Der Bimetallstreifen reagiert auf Tempe raturänderungen relativ träge.DE 38 29 322 C2 is a fluid friction clutch known to work in a partition between a chamber and a pantry provided an inlet opening which can be closed by means of a valve lever. Of the Valve lever is on the outside of the housing arranged bimetallic strip movable, to the connec the bimetal strip with the valve lever through the Linear movable pin protruding through the housing wall is seen. A movement of the valve lever is caused by a Change in the bend of the bimetallic strip caused the depends on the coolness flowing around the bimetallic strip exhaust air temperature. The bimetal strip reacts to Tempe rature changes relatively sluggish.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsreibungskupp lung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine relativ genaue Zu- und Abschaltung ermöglicht.The object of the invention is a fluid friction clutch tion of the type mentioned to create a relative enables precise switching on and off.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Betätigungselement wenigstens ein piezoelektrischer Keramikkörper vorgesehen ist, der mit dem Steuerventil mittelbar oder unmittelbar ver bunden ist. Durch die Verwendung eines derartigen piezokera mischen Aktors ergibt sich eine gegenüber dem Stand der Tech nik wesentlich verkürzte Reaktionszeit, durch die ein genaue res Zu- und Abschalten der Flüssigkeitsreibungskupplung er möglicht wird. Außerdem weist der piezokeramische Aktor le diglich eine geringe Leistungsaufnahme auf.This object is achieved in that as an actuator at least one piezoelectric ceramic body is provided is the ver with the control valve directly or indirectly is bound. By using such a piezokera mixing actuator results in a compared to the state of the art nik significantly reduced response time, thanks to which an accurate res Switching the fluid friction clutch on and off is possible. In addition, the piezoceramic actuator le only a low power consumption.

In Ausgestaltung der Erfindung ist dem piezoelektrischen Ke ramikkörper ein Leistungsverstärker zugeordnet. Der Lei stungsverstärker wird je nach Bedarf bei entsprechend großem Betätigungsweg zum Öffnen und Schließen des Steuerventils eingesetzt.In one embodiment of the invention, the piezoelectric ke assigned a power amplifier. The lei power amplifier is depending on need with a correspondingly large Actuation path for opening and closing the control valve used.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem piezoelektri schen Keramikkörper eine Regelelektronik zugeordnet, die mit temperaturabhängigen Regelgrößen gespeist wird. Dadurch er gibt sich eine temperaturabhängige Regelung der Flüssigkeits reibungskupplung, die insbesondere für den Einsatz der Flüs sigkeitsreibungskupplung in einem Lüfter zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors geeignet ist.In a further embodiment of the invention is the piezoelectric rule ceramic electronics associated with the temperature-dependent control variables is fed. Thereby he there is a temperature-dependent regulation of the liquid friction clutch, especially for the use of the rivers Fluid friction clutch in a fan for cooling a Motor vehicle engine is suitable.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der piezoelektri sche Keramikkörper innerhalb der Vorratskammer angeordnet. Durch diese Maßnahme ist der piezoelektrische Keramikkörper platzsparend untergebracht. In a further embodiment of the invention, the piezoelectric cal ceramic body arranged within the pantry. This measure makes the piezoelectric ceramic body space-saving.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der piezoelektri sche Keramikkörper auf einer Außenseite des Kupplungsgehäuses angeordnet und mittels eines ins Innere des Kupplungsgehäuses ragenden Verbindungsstiftes an das Steuerventil angeschlos sen. Dadurch befindet sich der piezoelektrische Keramikkörper nicht innerhalb der Arbeitskammer und kommt somit auch nicht mit der Scherflüssigkeit, vorzugsweise einem hochviskosen Si likonöl, in Verbindung.In a further embodiment of the invention, the piezoelectric cal ceramic body on an outside of the clutch housing arranged and by means of an inside of the clutch housing projecting connecting pin connected to the control valve sen. As a result, the piezoelectric ceramic body is located not within the working chamber and therefore does not come with the shear liquid, preferably a highly viscous Si Liquor oil, in combination.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an hand der Zeichnungen dargestellt sind.Further advantages and features of the invention result from the subclaims and from the description below of preferred embodiments of the invention hand of the drawings are shown.

Fig. 1 zeigt in einem Schnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung, die mit einem auf einer Außenseite des Kupplungsgehäu ses angeordneten piezokeramischen Aktor versehen ist und Fig. 1 shows in a section an embodiment of a fluid friction clutch according to the invention, which is provided with a piezoceramic actuator arranged on an outside of the clutch housing and

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeits reibungskupplung ähnlich Fig. 1, bei der ein ent sprechender piezokeramischer Aktor im Inneren der Vorratskammer vorgesehen ist. Fig. 2 in a sectional view another example of Ausfüh approximately a fluid friction clutch according to the invention similar to FIG. 1, in which a corresponding piezoceramic actuator is provided in the interior of the pantry.

Eine Flüssigkeitsreibungskupplung nach Fig. 1 ist für einen Lüfter zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehen. Die Flüssigkeitsreibungskupplung (1) weist eine indirekt oder di rekt über den Kraftfahrzeugmotor angetriebene Flanschwelle (2) auf, mit der drehfest eine Kupplungsscheibe (3) verbunden ist. Mit Hilfe einer Kugellagerung ist auf der Flanschwelle (2) ein Kupplungsgehäuse (4) drehbar gelagert. Die Flüssig keitsreibungskupplung ist am Außenumfang des Kupplungsgehäu ses (4) in nicht dargestellter Weise mit Lüfterschaufeln ver sehen und ist in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinter ei nem Kühler angeordnet. Das Kupplungsgehäuse (4) weist eine Vorratskammer (5) auf, in der Scherflüssigkeit, beim Ausfüh rungsbeispiel ein hochviskoses Silikonöl, gespeichert ist. Die Kupplungsscheibe (3) ist berührungslos von einer Arbeits kammer (6) umschlossen, die von der Vorratskammer (5) durch eine Trennwand (11) getrennt ist. In der Trennwand (11) ist eine Zulauföffnung (8) vorgesehen, die durch einen Ventilhe bel (9) verschlossen ist. Auf Höhe des Außenrandes der Kupp lungsscheibe (3) ist außerdem ein Rücklaufkanal (16) vorgese hen, der die Scherflüssigkeit aus der Arbeitskammer (6) wie der zurück in die Vorratskammer (5) führt. Sobald der Ventil hebel die Zulauföffnung (8) freigibt, zirkuliert die Scher flüssigkeit zwischen der Arbeitskammer (6) und der Vorrats kammer (5), wobei der Zulauf der Scherflüssigkeit über die Zulauföffnung (8) und der Rücklauf über den Rücklaufkanal (16) erfolgt. Der Ventilhebel (9) ist mit Hilfe von zwei Be festigungsnieten (10) an der Trennwand (11) befestigt.A fluid friction clutch according to FIG. 1 is provided for a fan for cooling a motor vehicle engine. The fluid friction clutch ( 1 ) has a flange shaft ( 2 ) which is driven indirectly or directly via the motor vehicle engine, to which a clutch disc ( 3 ) is connected in a rotationally fixed manner. With the help of a ball bearing, a coupling housing ( 4 ) is rotatably mounted on the flange shaft ( 2 ). The liquid friction clutch is ver on the outer circumference of the clutch housing ( 4 ) in a manner not shown with fan blades and is arranged in the direction of travel of the motor vehicle behind a cooler. The clutch housing ( 4 ) has a storage chamber ( 5 ) in which shear fluid, in the example of a high-viscosity silicone oil, is stored. The clutch disc ( 3 ) is enclosed without contact by a working chamber ( 6 ), which is separated from the storage chamber ( 5 ) by a partition ( 11 ). In the partition ( 11 ) an inlet opening ( 8 ) is provided, which is closed by a Ventilhe bel ( 9 ). At the level of the outer edge of the hitch be disc ( 3 ) is also a return channel ( 16 ) vorgese hen, which leads the shear fluid from the working chamber ( 6 ) as that back into the storage chamber ( 5 ). As soon as the valve lever releases the inlet opening ( 8 ), the shear fluid circulates between the working chamber ( 6 ) and the storage chamber ( 5 ), with the shear fluid inlet via the inlet opening ( 8 ) and the return via the return channel ( 16 ) . The valve lever ( 9 ) is fastened by means of two fastening rivets ( 10 ) to the partition ( 11 ).

Um den Ventilhebel (9) zu betätigen, d. h. um die Zulauföff nung (8) zu schließen oder freizugeben, ist auf einer der Flanschwelle (2) gegenüberliegenden Außenseite des Kupplungs gehäuses (4) koaxial zur Drehachse des Kupplungsgehäuses (4) ein piezoelektrischer Keramikkörper (13) in einem Gehäuse (12) angeordnet. Der piezoelektrische Keramikkörper (13) ist derart innerhalb des Gehäuses (12) angeordnet, daß er sich bei der Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung koa xial zur Drehachse des Kupplungsgehäuses (4) und damit der Flanschwelle (2) ausdehnt. Das Gehäuse (12) ist starr mit der der Flanschwelle (2) gegenüberliegenden Stirnwandung des Kupplungsgehäuses (4) verbunden. Von dem piezoelektrischen Keramikkörper (13) aus, der als Aktor dient, ragt ein Über tragungsstift (14) durch die Stirnwandung des Kupplungsge häuses (4) hindurch und ist mit seinem Stirnende an den Ven tilhebel (9) angebunden. Der Übertragungsstift (14) überträgt axiale Dickeveränderungen des piezoelektrischen Keramikkör pers (13) auf den Ventilhebel (9), d. h. Bewegungen, bei denen der piezoelektrische Keramikkörper (13) sich ausdehnt oder sich zusammenzieht. Entsprechend dieser axialen Bewegung des Keramikkörpers (13) wird der Ventilhebel (9) geöffnet oder geschlossen. Auf einer Außenseite des Gehäuses (12) ist ein Leistungsverstärker (15) angeordnet, der mittels einer elek trischen Leitung sowohl an den Keramikkörper (13) als auch an eine nicht dargestellte Regelelektronik angeschlossen ist. Die Regelelektronik nimmt eine temperaturabhängige Regelung der Zirkulation der Scherflüssigkeit vor, wobei ein Tempera turfühler in einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Kraft fahrzeugmotors angeordnet ist.To actuate the valve lever (9), ie to the Zulauföff voltage to close or release (8), is on one of the stub shaft (2) opposite the outside of the clutch housing (4) coaxially to the rotation axis of the coupling housing (4), a piezoelectric ceramic body ( 13 ) arranged in a housing ( 12 ). The piezoelectric ceramic body ( 13 ) is arranged within the housing ( 12 ) in such a way that it expands when subjected to an electrical voltage coaxially to the axis of rotation of the clutch housing ( 4 ) and thus the flange shaft ( 2 ). The housing (12) is rigidly connected to said stub shaft (2) opposite the end wall of the clutch housing (4). From the piezoelectric ceramic body ( 13 ), which serves as an actuator, a transmission pin ( 14 ) protrudes through the end wall of the clutch housing ( 4 ) and is connected with its front end to the valve lever ( 9 ). The transmission pin ( 14 ) transmits axial changes in thickness of the piezoelectric ceramic body ( 13 ) on the valve lever ( 9 ), ie movements in which the piezoelectric ceramic body ( 13 ) expands or contracts. The valve lever ( 9 ) is opened or closed in accordance with this axial movement of the ceramic body ( 13 ). On an outside of the housing ( 12 ), a power amplifier ( 15 ) is arranged, which is connected by means of an electrical line both to the ceramic body ( 13 ) and to control electronics, not shown. The control electronics perform a temperature-dependent control of the circulation of the shear fluid, a temperature sensor being arranged in a coolant circuit for cooling the motor vehicle engine.

Sobald die den Kühler durchströmende Luft keine ausreichende Kühlung mehr bewirkt, insbesondere bei langsamer Fahrt oder im Stand des Kraftfahrzeugs, steigt die Kühlmitteltemperatur im Kühler an. Der Temperatursensor im Kühlmittelkreislauf übermittelt an die Regelelektronik entsprechende Signale, die wiederum entsprechend elektrische Signale an den piezoelek trischen Keramikkörper (13) abgibt. Sobald die Temperatur über einen bestimmten Wert ansteigt, wird die Spannungsbeauf schlagung des Keramikkörpers (13) unterbrochen, worauf sich dieser zusammenzieht. Mittels des Übertragungsstiftes (14) wird der Ventilhebel (9) nach außen gezogen und gibt die Zu lauföffnung (8) frei. Dadurch strömt Scherflüssigkeit in die Arbeitskammer (4) und überträgt zwischen der sich drehenden Kupplungsscheibe (3) und dem Kupplungsgehäuse (4) in der Ar beitskammer ein Drehmoment. Das Kupplungsgehäuse (4) beginnt sich zusammen mit der Flanschwelle (2) zu drehen, wodurch auch die Lüfterschaufeln in Drehung versetzt werden. Die Zu schaltung des Lüfters erfolgt solange, bis die Temperatur des Kühlmittels sich wieder abgesenkt hat. Durch die kurze Reak tionszeit des piezoelektrischen Keramikkörpers (13) ist eine relativ genaue Zuschaltung der Flüssigkeitsreibungskupplung (1) möglich. Der piezoelektrische Keramikkörper (13) weist eine geringe Leistungsaufnahme auf.As soon as the air flowing through the radiator no longer provides sufficient cooling, particularly when driving slowly or when the motor vehicle is stationary, the coolant temperature in the radiator rises. The temperature sensor in the coolant circuit transmits corresponding signals to the control electronics, which in turn emits corresponding electrical signals to the piezoelectric ceramic body ( 13 ). As soon as the temperature rises above a certain value, the application of voltage to the ceramic body ( 13 ) is interrupted, whereupon it contracts. By means of the transmission pin ( 14 ) the valve lever ( 9 ) is pulled outwards and releases the inlet opening ( 8 ). As a result, shear fluid flows into the working chamber ( 4 ) and transmits a torque between the rotating clutch disc ( 3 ) and the clutch housing ( 4 ) in the working chamber. The clutch housing ( 4 ) begins to rotate together with the flange shaft ( 2 ), which also causes the fan blades to rotate. The fan is switched on until the temperature of the coolant has dropped again. Due to the short reaction time of the piezoelectric ceramic body ( 13 ), a relatively precise connection of the fluid friction clutch ( 1 ) is possible. The piezoelectric ceramic body ( 13 ) has a low power consumption.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung er folgt das Öffnen und Schließen des Ventilhebels (9) mittels einer Taktsteuerung, wie sie aus der EP 0 009 415 B1 bekannt ist. Dies wird durch eine entsprechend getaktete Spannungsbe aufschlagung des Keramikkörpers (13) bewirkt. Durch das be stimmte Taktverhältnis strömt entsprechend dem Anteil der "Auf-" zur "Zu-"Zeit mehr oder weniger Scherflüssigkeit in die Arbeitskammer, wodurch sich unterschiedliche Lüfterdreh zahlen ergeben.In a preferred embodiment of the invention, the valve lever ( 9 ) is opened and closed by means of a clock control, as is known from EP 0 009 415 B1. This is caused by an appropriately clocked voltage loading of the ceramic body ( 13 ). Due to the determined pulse ratio, more or less shear fluid flows into the working chamber in accordance with the proportion of the "open" at the "too" time, which results in different fan speeds.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfin dung sind zwei oder mehr piezoelektrische Keramikkörper vor gesehen. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.In an embodiment of the invention, not shown Two or more piezoelectric ceramic bodies are provided seen. Otherwise, this embodiment corresponds to that previously described embodiment.

Die Flüssigkeitsreibungskupplung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Flüssigkeitsreibungskupplung nach Fig. 1, wobei entsprechende Teile auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Flüssigkeitsreibungskupplung ist ein piezoelektrischer Keramikkörper (13a) jedoch nicht auf der Außenseite des Kupplungsgehäuses (4), sondern innerhalb der Vorratskammer (5) angeordnet. Der plattenartige Keramik körper (13a) ist auf einer ringförmigen Stützhalterung (12a) gehalten, die starr mit der Innenwandung der Stirnwandung des Kupplungsgehäuses (4) verbunden ist. Die Stützhalterung (12a) stützt den Keramikkörper (13a) derart stabil ab, daß er sich bei einer Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung le diglich in axialer Richtung von der Stützhalterung (12a) weg ausdehnen kann. Der piezoelektrische Keramikkörper (13a) ist öldicht in die Stützhalterung (12a) eingebettet. Der piezo elektrische Keramikkörper (13a) schließt mit seiner Außensei te direkt an eine stegartige Ausbuchtung des Ventilhebels (9) an, wobei er derart mit dem Ventilhebel (9) verbunden ist, daß er auf den Ventilhebel (9) sowohl Druck- als auch Zugbe lastungen ausüben kann. Dazu ist der piezoelektrische Kera mikkörper (13a) beispielsweise mit der stegartigen Ausbuch tung (14a) verklebt. Das Gehäuse des Leistungsverstärkers (15a) ist bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach Fig. 2 ebenfalls auf der Außenseite des Kupplungsgehäuses (4) ange ordnet und mittels einer ins Innere des Kupplungsgehäuses (4) führenden elektrischen Leitung an den Keramikkörper (13a) an beschlossen. Auch der Leistungsverstärker (15a) ist wie der Leistungsverstärker (15) nach Fig. 1 an eine entsprechend temperaturabhängig regelnde Regelelektronik angeschlossen.The liquid friction clutch according to FIG. 2 essentially corresponds to the liquid friction clutch according to FIG. 1, with corresponding parts also being provided with the same reference symbols. In this fluid friction clutch, however, a piezoelectric ceramic body ( 13 a) is not arranged on the outside of the clutch housing ( 4 ), but within the storage chamber ( 5 ). The plate-like ceramic body ( 13 a) is held on an annular support bracket ( 12 a) which is rigidly connected to the inner wall of the end wall of the clutch housing ( 4 ). The support bracket ( 12 a) supports the ceramic body ( 13 a) so stably that it can diglich le when exposed to an electrical voltage in the axial direction of the support bracket ( 12 a) away. The piezoelectric ceramic body ( 13 a) is embedded oil-tight in the support bracket ( 12 a). The piezoelectric ceramic body (13 a) ends with its geek te directly to a web-like bulge of the valve lever (9), being so connected to the valve lever (9), that it on the valve lever (9) both compressive and Can exert train loads. For this purpose, the piezoelectric ceramic body ( 13 a) is glued, for example, to the web-like bulge ( 14 a). The housing of the power amplifier ( 15 a) is also in the fluid friction clutch according to FIG. 2 on the outside of the clutch housing ( 4 ) and arranged by means of an inside of the clutch housing ( 4 ) leading electrical line to the ceramic body ( 13 a). Like the power amplifier ( 15 ) according to FIG. 1, the power amplifier ( 15 a) is also connected to control electronics which regulate the temperature accordingly.

Claims

1. Fluid friction clutch, in particular for a fan for cooling a motor vehicle engine, with an on-board chamber and a working chamber, which encloses a driven clutch disc, wherein at least one inlet and at least one return line for the circulation of shear liquid are provided between the before-chamber and the working chamber are, and with at least one control valve for controlling the circulation of the shear fluid, which is movable by means of at least one controllable actuating element, characterized in that at least one piezoelectric ceramic body ( 13 , 13 a) is provided as the actuating element, which with the control valve ( 9 ) is directly or indirectly connected.

2. Fluid friction clutch according to claim 1, characterized in that the piezoelectric ceramic body ( 13 , 13 a) is associated with a power amplifier ( 15 , 15 a).

3. A fluid friction clutch according to claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric ceramic body ( 13 , 13 a) is associated with control electronics which are fed with temperature-dependent control variables.

4. Liquid friction clutch according to one of the preceding claims, characterized in that the piezoelectric ceramic body ( 13 ) is arranged within the storage chamber ( 5 ).

5. Fluid friction clutch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the piezoelectric ceramic body ( 13 a) on an outside of the clutch housing ( 4 ) is arranged and by means of an inside of the clutch housing ( 4 ) projecting transmission pin ( 14 ) to the Control valve ( 9 ) is connected.