DE4013216C2 - Elektromagnetische Steueranordnung für eine Flüssigkeitstreibkupplung - Google Patents
Elektromagnetische Steueranordnung für eine FlüssigkeitstreibkupplungInfo
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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.
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