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Die
Erfindung betrifft generell Wasserpumpen, genauer gesagt eine Wasserpumpe,
die von einer Viskokupplung angetrieben wird.
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Wasserpumpen
finden typischerweise heutzutage bei Fahrzeugen Verwendung, um eine
Wärmeübertragungseinrichtung
für einen
Motor während dessen
Betriebes vorzusehen. Die Kurbelwelle des Motors treibt Wasserpumpen
mit einem festen Übersetzungsverhältnis an.
Wenn daher die Motorleerlaufdrehzahl verringert wird, wie dies heutzutage
bei Fahrzeugen der Trend ist, um die Emissionen zu verringern, wird
die Wasserpumpendrehzahl entsprechend reduziert. Diese Reduzierung
der Wasserpumpendrehzahl führt
zu einer Verringerung des Kühlmittelflusses
durch das Kühlsystem,
das zu einer schlechten Heizleistung für das Fahrzeuginnere, wenn
bei kaltem Wetter geheizt werden muss, und zu einem schlechten Kühlmitteldurchfluss
für die
Motorkühlung
während
heißem
Wetter führen
kann.
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Eine
Erhöhung
der Wasserpumpendrehzahl durch Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses
von der Kurbelwelle her führt
zu einer Erhöhung
des Kühlmitteldurchsatzes
bei Leerlaufdreh zahlen des Motors, kann jedoch auch zu einem Überdrehen
der Pumpe bei höheren
Motordrehzahlen führen,
was Pumpenkavitation und eine verringerte Lebensdauer der Lager
der Wasserpumpe bedingen kann. Pumpenkavitation kann zur Beschädigung der
Pumpe und zu einer Verringerung der Leistung des Kühlsystems
führen.
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Es
ist bekannt, eine typischerweise elektrisch angetriebene Hilfswasserpumpe
hinzuzufügen, um
für einen
zusätzlichen
Kühlmitteldurchfluss
bei geringen Motorleerlaufdrehzahlen zu sorgen. Ein anderer Versuch
besteht darin, bewegliche Flügel
im Einlass der Wasserpumpe vorzusehen, um den Kühlmitteldurchfluss bei höheren Motordrehzahlen
zu drosseln. Die
US 3 272 188 beschreibt
einen kombinierten Gebläse-
und Wasserpumpenantrieb, bei dem eine Viskokupplung zwischen dem
Laufrad der Wasserpumpe und der Kurbelwelle des Motors vorgesehen
ist. Die Viskokupplung umfasst ein Paar Kupplungselemente, die dazwischen
eine Strömungsmittelkammer
bilden, in der sich ein Ausgangselement der Kupplung dreht.
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Eine
andere Viskokupplung ist aus der
EP
0 641 947 bekannt, die zum Antreiben eines Wasserpumpenlaufrades
in einem Motorkühlsystem
dient. Die Kupplung kann konstruktiv in das Wasserpumpenlaufrad
integriert sein.
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Die
US 4 526 257 beschreibt
einen Antriebsmechanismus zur Verringerung der Antriebsgeschwindigkeit
von motorbetriebenem Zubehör,
der eine elektromagnetische Kupplung aufweist, die ausgerückt werden
kann, um eine Viskokupplung zwischen dem Antrieb und dem Zubehör zu betätigen.
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Die
JP 10159874 beschreibt
ein variables Antriebssystem für
eine Wasserpumpe in einem Verbrennungsmotor. Elektroviskoses Strömungsmittel ist
in einer Viskokupplung vorgesehen. Wenn die Wassertemperatur niedrig
ist, wird eine an das elektroviskose Strömungsmittel gelegte Spannung
reduziert, so dass die Viskosität
und die Drehmomentübertragung
zur Wasserpumpe reduziert werden. Wenn die Wassertemperatur hoch
ist, wird die Spannung erhöht,
so dass mehr Drehmoment auf die Wasserpumpe übertragen wird.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, für einen guten Kühlmitteldurchsatz
bei niedrigen Motorleerlaufdrehzahlen zu sorgen und Pumpenkavitation bei
höheren
Motordrehzahlen zu vermeiden, ohne dass eine Hilfswasserpumpe oder
bewegliche Flügel erforderlich
sind.
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Das
oben genannte Ziel und andere Ziele werden mit der vorliegenden
Erfindung erreicht, die eine Verbesserung gegenüber bekannten Wasserpumpen
darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Viskokupplung vor, die operativ
mit einer Wasserpumpe in einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist
und umfasst:
eine Kupplungswelle, die mit einer Wasserpumpenwelle
der Wasserpumpe verbunden ist;
eine Kupplungsplatte, die mit
der Kupplungswelle verbunden ist und einen Kupplungsscherbereich
aufweist;
eine Riemenscheibe, die mit der Kupplungswelle über ein
Lager verbunden und in der Lage ist, sich in unabhängiger Weise
um die Kupplungswelle zu drehen, wenn ein Antriebsriemen, der mit
der Riemenscheibe und einer Motorkurbelwelle verbunden ist, gedreht
wird;
eine Abdeckung, die mit der Riemenscheibe verbunden ist,
wobei die Abdeckung und die Kupplungsplatte einen Speicher bilden;
ein
viskoses Strömungsmittel,
das im Speicher enthalten ist, wobei die Drehung der Riemenscheibe
um die Kupplungswelle in Abhängigkeit
von einer Bewegung des Antriebsriemens eine Scherung des viskosen
Strömungsmittels
im Scherbereich bewirkt, wodurch ein Drehmoment zum Antreiben der
Kupplungsplatte in Abhängigkeit
vom Drehmoment erzeugt und dadurch eine Drehung der Kupplungswelle und
der Wasserpumpenwelle bewirkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Riemenscheibe einen Riemenscheibenscherbereich aufweist,
der mit dem Kupplungsscherbereich einen Scherbereich bildet, eine
Arbeitskammer von der Riemenscheibe und der Kupplungsplatte gebildet
wird und die Arbeitskammer sowie der Scherbereich viskoses Strömungsmittel
enthalten.
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Bei
Leerlaufdrehzahlen oder niedrigen Drehzahlen des Motors, bei denen
die Wasserpumpe mit Geschwindigkeiten angetrieben wird, die sehr
nahe an der Eingangsgeschwindigkeit liegen, hat die Viskokupplung
einen minimalen Effekt auf die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit der
Pumpe. Aufgrund des Vorhandenseins der Viskokupplung kann jedoch
eine größere Wasserpumpe
verwendet werden, was zu einem guten Kühlmitteldurchsatz bei Leerlaufdrehzahlen
oder geringeren Drehzahlen des Motors führt.
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Wenn
die Motordrehzahlen erhöht
werden, rutscht die Viskokupplung, was zu niedrigeren Eingangsgeschwindigkeiten
für die
Wasserpumpe führt, so
dass auf diese Weise das Risiko einer Pumpenkavitation reduziert
wird. Hierdurch kann auch die Lebensdauer des Lagers der Wasserpumpe
erhöht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Steuern des
Motorkühlmittelflusses durch
ein Motorkühlmittelsystem
vor, das die folgenden Schritte aufweist: operatives Koppeln einer
Viskokupplung mit einer Kurbelwellenriemenscheibe mit einem Antriebsriemen,
wobei die Kurbelwellenriemenscheibe mit einer Motorkurbelwelle verbunden und
in der Lage ist, sich mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die der
Rotationsgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle entspricht, die Motorkurbelwellenrotationsgeschwindigkeit
von der Drehzahl des Motors abhängig
ist und die Viskokupplung die folgenden Bestandteile umfasst: eine
Kupplungswelle, die mit einer Wasserpumpenwelle der Wasserpumpe
verbunden ist, eine Kupplungsplatte, die mit der Kupplungswelle
verbunden ist und einen Kupplungsscherbereich aufweist, eine Riemenscheibe,
die mit der Kupplungswelle über
ein Lager verbunden und in der Lage ist, sich auf unabhängige Weise
um die Kupplungswelle zu drehen, wenn der mit der Riemenscheibe
und der Motorkurbelwelle verbundene Antriebsriemen gedreht wird,
wobei die Riemenscheibe einen Riemenscheibenscherbereich aufweist,
eine Abdeckung, die mit der Riemenscheibe verbunden ist, wobei die
Abdeckung und die Kupplungsplatte einen Speicher bilden, eine Arbeitskammer,
die von der Riemenscheibe und der Kupplungsplatte gebildet wird,
einen Scherbereich, der vom Kupplungsscherbereich und Riemenscheibenscherbereich
gebildet wird, und ein viskoses Strömungsmittel, das im Speicher,
der Arbeitskammer und dem Scherbereich enthalten ist, wobei die
Drehung der Riemenscheibe um die Kupplungswelle in Abhängigkeit
von einer Bewegung des Antriebsriemens eine Scherung des viskosen
Strömungsmittels
im Scherbereich, der vom Kupplungsscherbereich und vom Riemenscheibenscherbereich
gebildet wird, bewirkt, so dass auf diese Weise ein Drehmoment erzeugt
wird, um die Kupplungsplatte in Abhängigkeit von diesem Drehmoment anzutreiben
und auf diese Weise eine Drehung der Kupplungswelle und der Wasserpumpenwelle
zu bewirken, operatives Koppeln der Viskokupplung mit der Wasserpumpe
derart, dass die Arbeitskammer der Viskokupplung außerhalb
von einem Wasserpumpengehäuse
angeordnet ist, wobei die Wasserpumpe ein Laufrad aufweist, und
Einrücken
der Viskokupplung zum Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Laufrades
in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich
aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform derselben in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kühlsystems
nach dem Stand der Technik;
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2 ein
Kühlsystem
mit einer Viskokupplung an einer größeren Wasserpumpe gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Kühlsystem
mit einer kühlmittelgekühlten Viskokupplung
und einer größeren Wasserpumpe;
und
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4 ein
Diagramm, in dem die Eingangsdrehzahl und Wasserpumpendrehzahl einer
Wasserpumpe des Standes der Technik mit denen einer Wasserpumpe
verglichen werden, die eine Viskokupplung gemäß 2 aufweist.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 10 mit einem Kühlsystem 12 gemäß einer
Ausführungsform
des Standes der Technik. Das dargestellte Kühlsystem 12 besitzt
einen Antriebszugsteuermodul 20, einen Kabelstrang 22 für eine Computersteuerung,
einen Prüflampenantrieb 24 des
Motors, einen Zylinderkopftemperatursensor 26, ein Motorprüflicht 28,
einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 30, eine Sicherungsplatte 32,
eine elektrische Wasserpumpe 34, einen Motorkühlmittelsensor 36,
einen Raumtemperatursensor 38, ein Paar von elektrischen
Kühlgebläsen 40,
ein Durchflusssteuerventil 42, einen Drosselklappenpositionssensor 44 und
einen Radiator 46.
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Wenn
im Betrieb ein Verbrennungsmotor 48 gestartet wird, dringt
Kühlmittel
(nicht gezeigt) durch einen Zweigkanal 50 vom Radiator 46 in
die elektrische Wasserpumpe 34 ein. Das Kühlmittel
wird dann aus der Wasserpumpe 34 über einen Rückführkanal 52 in die
Kühlkanäle (nicht
gezeigt) des Motors 48 herausgepumpt. Das Kühlmittel
strömt
durch den Mo tor zum Durchflussregelventil 42. Das Kühlmittel fließt dann
zurück
zum Radiator 46 durch den Zuführkanal 54 oder wird
durch den Zweigkanal 50 umgeleitet, je nach der Motorkühlmitteltemperatur,
die vom Motorkühlmitteltemperatursensor 36 festgestellt
wird. Wenn der Motor 48 kalt ist, leitet das Durchflussregelventil 42 das
Kühlmittel
durch den Zweigkanal 50. Wenn der Motor 48 warm
ist, leitet das Durchflussregelventil 42 das Kühlmittel
durch den Zuführkanal 54 zum
Radiator 46, in dem das Kühlmittel gekühlt wird. Es
versteht sich, dass der hier verwendete Begriff „Kühlmittel" austauschbar als Motorkühlmittel,
wie Frostschutzmittel, oder Wasser verwendet wird.
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Ein
Problem bei den gegenwärtig
erhältlichen
motorgetriebenen Wasserpumpen besteht darin, dass die Drehzahl der
Wasserpumpe jederzeit mit der Drehzahl des Motors 48 verknüpft ist.
Daher ist im Leerlaufbetrieb des Motors, wenn die Drehzahl des Motors 48 gering
ist, der Durchsatz des Wassers durch das System entsprechend niedrig.
Wenn die Motorleerlaufdrehzahlen aus Emissionsgründen weiter verringert werden,
nimmt dieser Durchsatz entsprechend ab. Wenn die Drehzahl des Motors 48 ansteigt,
steigt die Drehzahl der Wasserpumpe entsprechend an. Bei diesen
höheren
Drehzahlwerten kann Kavitation der Wasserpumpe auftreten, wobei
die Menge des Kühlmittels,
die durch die Wasserpumpe umgepumpt werden kann, nicht auf der Höhe der Drehzahl
der Laufräder
(nicht gezeigt) innerhalb der Wasserpumpe gehalten werden kann.
Hierdurch wird ein Unterdruck in der Wasserpumpe erzeugt, der zu einer
Beschädigung
der Pumpe führen
kann. Schließlich
wird während
normaler Betriebsbedingungen diese höhere Drehzahl üblicherweise
nicht benötigt,
um den Motor 48 innerhalb von akzeptablen Temperaturbereichen
zu halten, so dass daher diese übermäßig hohe
Drehzahl für
optimalen Betrieb des Motors 48 und des Kühlsystems 12 nicht
erforderlich ist. Ferner hat das erzeugte überschüssige Drehmoment einen nachteiligen
Effekt auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen.
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Um
diese Problemen zu beseitigen, wird erfindungsgemäß die Wasserpumpendrehzahl
durch die Kopplung einer Viskokupplung mit der Wasserpumpe gesteuert.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die die Viskokupplung aufweisen, werden
nachfolgend in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben.
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Wie 2 zeigt,
ist eine Viskokupplung 50 mit dem Gehäuse 54 einer Wasserpumpe 52 gekoppelt.
Die Kupplung 50 besitzt eine Riemenscheibe 56, die
mit einer äußeren Abdeckung 58 verbunden
und über
ein Lager 61 an einer Kupplungswelle 60 oder Eingangswelle
gelagert ist. Eine Kupplungsplatte 62 ist zwischen der
Abdeckung 58 und der Riemenscheibe 56 angeordnet
und mit der Kupplungswelle 60 verbunden. Die Kupplungsplatte 62 und
Riemenscheibe 56 bilden eine Arbeitskammer 64,
während die
gegenüberliegende
Seite der Kupplungsplatte 62 und die Abdeckung 58 einen
Speicher 66 bilden. Ferner besitzen die Kupplungsplatte 62 und
die Riemenscheibe 56 jeweils eine Reihe von Nuten 63, 65,
die eine Verriegelung und einen Scherbereich 67 in der Arbeitskammer 64 bilden.
Ein viskoses Strömungsmittel,
typischerweise auf Silikonbasis, ist in der Arbeitskammer 64 und
dem Speicher 66 enthalten. Die Kupplungswelle 60 steht
mit einer Wasserpumpenwelle 68 in Verbindung, die von einem
Was serpumpenlager 70 im Gehäuse 54 gelagert wird.
Die Wasserpumpenwelle 68 ist mit dem Wasserpumpenlaufrad 72 verbunden,
das in der Kühlmittelkammer 74 der
Wasserpumpe 52 enthalten ist.
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Ein
Antriebsriemen 76, der mit der Außenseite der Riemenscheibe 56 gekoppelt
ist, und eine Kurbelwellenriemenscheibe (nicht gezeigt) drehen sich in
Abhängigkeit
von der von der Motordrehzahl gesteuerten Drehung einer Kurbelwelle
(nicht gezeigt). Der Antriebsriemen 76 bewirkt, dass sich
die Riemenscheibe 56 um die Kupplungswelle um die Achse A-A
dreht. Durch die Drehung der Riemenscheibe 56 wird das
im Scherbereich 67 enthaltene viskose Strömungsmittel
proportional zur Drehzahl der Riemenscheibe 56 auf Scherung
beansprucht. Diese Scherwirkung des viskosen Strömungsmittels erzeugt Drehmoment
im Scherbereich 67, das eine Drehung der Kupplungsplatte 62 um
die Achse A-A bewirkt. Die Drehzahl der Kupplungsplatte 62 und
somit die der Laufräder 72 ist
von der Motordrehzahl und der im Scherbereich 67 erzeugten
Rutschgröße abhängig. Dieses
im Scherbereich 67 erzeugte Drehmoment bewirkt, dass sich
die Kupplungswelle 60 um die Achse A-A dreht, wodurch die
Wasserpumpenwelle 58 und die Laufräder 72 in der Kühlkammer 74 gedreht
werden, so dass das Kühlmittel
in die Kühlkammer 74 herein
und aus dieser heraus sowie durch das Kühlsystem zum Kühlen des
Motors strömt.
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Während der
vorstehend beschriebene Scherbereich 67 von der Reihe der
Nuten 63, 65 gebildet wird, versteht es sich natürlich, dass
die Form und Größe des Arbeitsbereiches
variieren und trotzdem die Erzeugung eines Schereffektes ermög lichen können, der
zum Antreiben der Kupplungswelle 62 und somit der Laufräder 72 erforderlich
ist. Beispielsweise kann der Scherbereich 67 von zwei ebenen Flächen oder
zwei geringfügig
erhabenen Bereichen gebildet werden und immer noch einen Schereffekt des
viskosen Strömungsmittels
erzeugen. In Abhängigkeit
von der erforderlichen Verhaltenscharakteristik können somit
die Konstruktionseigenschaften der Kupplungsplatte 62 und
der Riemenscheibe 56, die den Scherbereich 67 bilden,
stark verändert
werden und immer noch im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
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3 zeigt
eine Anordnung, bei der die Wasserpumpe von einer Viskokupplung
angetrieben wird, die im wesentlichen in der Laufradkammer enthalten ist.
Hierdurch wird eine wassergekühlte
Viskokupplung gebildet. Dies trägt
zur Minimierung der Möglichkeit
eines Ausfalls des viskosen Strömungsmittels (einer
Gelatinierung) bei, der bei höheren
Temperaturen auftreten kann, so dass auf diese Weise die nutzbare
Lebensdauer der Viskokupplung und Wasserpumpe verlängert wird.
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Wie
in 3 gezeigt, besitzt die wassergekühlte Viskokupplung 100 einen äußeren Drehabschnitt 102,
der mit einem Antriebsriemen 104 gekoppelt ist. Der äußere Drehabschnitt 102 besitzt
eine Wasserpumpenlagerwelle 108, die drehbar mit einem
Wasserpumpengehäuse 106 mit
einem Wasserpumpenlager 110 gekoppelt ist. Eine Kupplungsplatte
oder Kupplung 112 steht mit der Wasserpumpenlagerwelle 108 in
Verbindung. Eine Laufradeinheit 114 mit einer Vielzahl
von Laufrädern 116 ist
drehbar mit der Wasserpumpenlagerwelle 108 mit einem Lager 118 verbunden.
Die Kupplung 112 und das Laufrad 114 bilden zusammen
einen Strömungsmittelspeicher 120.
Der Strömungsmittelspeicher 120 besitzt eine
Arbeitskammer 121 mit einem Viskoscherbereich 122,
der zwischen einer Vielzahl von Verriegelungsnuten 124, 126 ausgebildet
ist, welche an der Laufradeinheit 114 und der Kupplung 112 vorgesehen
sind.
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Wenn
der Motor läuft,
bewirkt eine mit einer Kurbelwellenriemenscheibe verbundene Kurbelwelle eine
Drehung der Kurbelwellenriemenscheibe. Der Antriebsriemen 104,
der mit der Kurbelwellenriemenscheibe gekoppelt ist, dreht sich
in Abhängigkeit
davon. Hierdurch wird eine Drehung des äußeren Drehabschnittes 102,
der Wasserpumpenlagerwelle 108 und der Kupplung 112 verursacht.
Wenn sich die Kupplung dreht, wird das im Viskoscherbereich 122 enthaltene
viskose Strömungsmittel
proportional zur Drehzahl des Antriebsriemens 104 und der
Menge und Viskosität
des viskosen Strömungsmittels
auf Scherung beansprucht. Diese Scherwirkung erzeugt Drehmoment,
das eine Drehung der Laufradeinheit 114 um die Achse B-B
verursacht. Hierdurch drehen sich die Laufräder 116 und bewirken
dadurch eine Bewegung des Motorkühlmittels
durch das Kühlsystem.
Das auf der Außenseite
der Laufradeinheit 114 im Motorkühlbereich 130 fließende Motorkühlmittel dient
dazu, die durch die Scherung des viskosen Strömungsmittels erzeugte Wärme abzuführen. Durch
diese Wärmeabführung wird
ein Ausfall des viskosen Strömungsmittels
verhindert.
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In 4 sind
die Ausgangsdrehzahlen mit den Wasserpumpendrehzahlen für ein Kühlsystem mit
einer Viskokupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung, dargestellt als durchge zogene Linie 200, und
für ein
Kühlsystem,
das keine Viskokupplung aufweist, dargestellt durch die gestrichelte
Linie 202, miteinander verglichen.
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Bei
niedrigen Motordrehzahlen, wie beispielsweise Motorleerlaufdrehzahlen,
ist nur wenig Schlupf in der Visokupplung vorhanden, so dass die Wasserpumpendrehzahl
mit einem Wert ansteigt, der dem Anstieg der Eingangsdrehzahl vom
Motor 48 entspricht. Beispielsweise betrug bei einer Eingangsdrehzahl
von 2000 UpM die Drehzahl der Wasserpumpe 52 etwa 1975
UpM, was einen Verlust oder Schlupf von etwa 1,1% ausmachte. Wenn
die Motordrehzahl weiter ansteigt, nimmt der Schlupf zu, wodurch
die Wasserpumpendrehzahl relativ zur Eingangsdrehzahl verringert
wird. Beispielsweise betrug bei einer Eingangsdrehzahl von 5000
UpM die Ausgangsdrehzahl der Wasserpumpe 52 etwa 4000 UpM,
was einen Schlupf von 20% bedeutet. Dieser Schlupf ist auf die Scherung
des viskosen Strömungsmittels
zurückzuführen, das
sich in der Arbeitskammer 64 befindet. wenn die Motordrehzahl weiter
auf hohe Drehzahlen einsteigt, wird eine theoretisch maximale Wasserpumpendrehzahl
erreicht (in 4 nicht gezeigt), die den Punkt
betrifft, bei dem der maximale Scherwert des viskosen Strömungsmittels
innerhalb der Arbeitskammer 64 der Viskokupplung 50 auftritt.
Diese Maximaldrehzahl ist geringer als die Drehzahl, bei der typischerweise Pumpenkavitation
auftritt, jedoch immer noch groß genug,
um den Motor bei hohen Motordrehzahlen mit einer angemessenen Kühlung zu
versehen. Daher können
Wasserpumpenschäden,
die auf Pumpenkavitation und höhere
Pumpendrehzahlen zurückzuführen sind,
minimiert oder eliminiert werden, während immer noch ein guter
Kühlmitteldurchsatz
für den Motor
zur Verfügung
gestellt wird.
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Durch
die Hinzufügung
einer Viskokupplung gemäß den in
den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen
zum Kühlsystem
kann im Vergleich zu herkömmlichen
Kühlsystemen
eine größere Wasserpumpe
verwendet werden. Dies ermöglicht
einen größeren Kühlmitteldurchsatz
bei geringeren Motordrehzahlen, wodurch die Motorleistung verbessert wird,
da der Motor schneller auf optimale Leistungsniveaus erwärmt wird
und auf diese Weise der Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten
verbessert werden. Bei höheren
Motordrehzahlen, bei denen eine größere Wasserpumpe des Standes
der Technik einen zu großen
Kühlmitteldurchsatz
in Bezug auf den Motor erzeugt, dient die Viskokupplung 50, 100 dazu,
die Drehzahl des Laufrades 72, 116 und somit den
Kühlmitteldurchsatz
zum Motor zu begrenzen.
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Die
vorliegende Erfindung bietet wesentliche Vorteile gegenüber typischen
Kühlsystemen.
Als erstes begrenzt die Viskokupplung die Wasserpumpendrehzahl bei
höheren
Motordrehzahlen durch Erzeugung eines Schlupfes zwischen der Eingangsdrehzahl
für die
Viskokupplung und der Ausgangsdrehzahl einer Wasserpumpenwelle,
die die Wasserpumpe antreibt. Dies trägt dazu bei, Pumpenkavitation
zu verhindern, die auftritt, wenn die Laufräder durch die Drehzahl der
Wasserpumpenwelle zu schnell gedreht werden. Hierdurch kann ein
Unterdruckeffekt in der Kühlmittelkammer
erzeugt werden, der zu einem Überhitzen
der Wasserpumpendichtung und zu einer Beschädigung der Wasserpumpenlager
führen
kann. Dieser Unterdruckeffekt kann ferner zu einer Beschä digung der
Wasserpumpenlaufräder
führen.
Des Weiteren trägt
die Viskokupplung dazu bei, eine Beschädigung des Kühlsystems,
die dadurch verursacht wird, dass das Kühlmittel durch das Kühlsystem
mit einem hohen Durchsatz fließt,
dadurch zu verhindern, dass der Durchsatz auf ein endliches Niveau
begrenzt wird, dass geringer ist als die maximale Drehzahl eines
Motors.
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Gleichzeitig
kann die Größe der Wasserpumpe
erhöht
werden, wenn sie mit der Viskokupplung gekoppelt ist, um einen höheren Kühlmitteldurchsatz bei
niedrigen Motordrehzahlen zu erreichen und zum Aufwärmen des
Motors während
des Startens oder während
Motorleerlaufbedingungen beizutragen. Dies dient zur Verbesserung
des Kraftstoffverbrauchs und zur Begrenzung der Emissionen, da sich ein
Motor, der die Viskokupplung aufweist, rasch auf seinen idealen
Temperaturbereich erwärmen
kann. In diesem Temperaturbereich läuft der Motor mit Spitzeneffizienz.
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Ferner
kann durch Begrenzung der Menge des Kühlmitteldurchflusses bei höheren Motordrehzahlen
die Temperatur des Motors in einem idealen Temperaturbereich gehalten
werden. Auch hierdurch werden der Kraftstoffverbrauch verbessert
und die Emissionen begrenzt.
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Schließlich kann
durch das Eintauchen der Viskokupplung in Motorkühlmittel, wie in 3 gezeigt,
die Lebensdauer der Viskokupplung und somit die Lebensdauer der
Wasserpumpe verlängert
werden.
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Obwohl
die besten Ausführungsformen
für die
vorliegende Erfindung vorstehend im Detail beschrieben wurden, versteht
es sich, dass der Fachmann diverse andere Konstruktionen und Ausführungsformen
zur Durchführung
der Erfindung, die in den Patentansprüchen wiedergegeben ist, kennt. Alle
diese Ausführungsformen
und Variationen, die unter den Umfang der Patentansprüche fallen,
werden von der vorliegenden Erfindung umfasst.