DE4441808A1 - Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer Vorratskammer sowie einer Arbeitskammer - Google Patents

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.

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.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsreibungskupp­ lung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine relativ genaue Zu- und Abschaltung ermöglicht.

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.

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 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 weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der piezoelektri­ sche Keramikkörper innerhalb der Vorratskammer angeordnet. Durch diese Maßnahme ist der piezoelektrische Keramikkörper platzsparend untergebracht.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für einen Lüf­ ter zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors, mit einer Vor­ ratskammer sowie einer Arbeitskammer, die eine angetrie­ bene Kupplungsscheibe umschließt, wobei zwischen der Vor­ ratskammer 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 Scherflüssigkeit, das mittels wenigstens eines regelbaren Betätigungselementes beweglich ist, dadurch gekennzeich­ net, daß als Betätigungselement wenigstens ein piezoelek­ trischer Keramikkörper (13, 13a) vorgesehen ist, der mit dem Steuerventil (9) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem piezoelektrischen Keramikkörper (13, 13a) ein Leistungsverstärker (15, 15a) zugeordnet ist.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß dem piezoelektrischen Keramik­ körper (13, 13a) eine Regelelektronik zugeordnet ist, die mit temperaturabhängigen Regelgrößen gespeist wird.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelek­ trische Keramikkörper (13) innerhalb der Vorratskammer (5) angeordnet ist.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Keramikkörper (13a) auf einer Außenseite des Kupplungsge­ häuses (4) angeordnet ist und mittels eines ins Innere des Kupplungsgehäuses (4) ragenden Übertragungsstiftes (14) an das Steuerventil (9) angeschlossen ist.