DE112008002669T5

DE112008002669T5 - Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung mit Fluidrücklaufsteuerung

Info

Publication number: DE112008002669T5
Application number: DE112008002669T
Authority: DE
Inventors: Rick L. Marshall Boyer
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-11-04
Also published as: WO2009046037A2; CN101861473B; US7980373B2; CN101861473A; US20080023288A1; WO2009046037A3; US8596438B2; US20110266111A1; US20130134008A1; US8616357B2

Abstract

Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung, die aufweist:
ein Ausgangsbauteil mit einem Zentralwellenbauteil;
ein Eingangsbauteil, das um das Ausgangsbauteil durch ein Lager montiert ist, wobei das Eingangsbauteil ein Körperbauteil und ein Abdeckbauteil aufweist;
ein stationäres Gehäusebauteil, das am Eingangsbauteil durch ein Lager montiert ist;
ein Rotorbauteil, das am Ausgangsbauteil montiert ist und innerhalb des Abdeckbauteils und des Körperbauteils enthalten ist, wobei das Körperbauteil und das Rotorbauteil eine Arbeitskammer definieren;
ein Reservoirplattenbauteil, das am Eingangsbauteil montiert ist und eine Fluidöffnung darin beherbergt;
ein Fluidreservoir, das zwischen dem Reservoirplatten- und dem Körperbauteil definiert ist, wobei das Fluidreservoir eine Menge an viskosem Fluid aufweist;
eine Fluidkammer, die zwischen dem Reservoirplatten- und dem Rotorbauteil definiert ist, wobei die Fluidkammer mit der Arbeitskammer fluidtechnisch gekoppelt ist und mit dem Fluidreservoir fluidtechnisch gekoppelt ist;
ein Ankerventilbauteil, das mit dem Eingangsbauteil gekoppelt ist, wobei das Ankerventilbauteil in irgendeine von einer unendlichen Anzahl...

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 11/427 153, eingereicht am 28. Juni 2006, die wiederum eine Fortführung der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/929 801, eingereicht am 30. August 2004 und nun US-Patent Nr. 7 083 032 , ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Viskoselüfterantriebssysteme und insbesondere auf elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtungen für Lüfterantriebssysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fluidkopplungsvorrichtungen, insbesondere des Typs mit sowohl einer Fluidarbeitskammer als auch einer Fluidreservoirkammer, sowie ein Ventil, das die Menge an viskosem Fluid in der Arbeitskammer steuert.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Fluidkopplungsvorrichtungen mit verschiedenen Konfigurationen und Anwendungen vorteilhaft verwendet werden kann, ist sie in einer Kopplungsvorrichtung des Typs, der zum Antreiben eines Kühlerlüfters eines Verbrennungsmotors verwendet wird, besonders vorteilhaft und wird in Verbindung damit beschrieben. Selbstverständlich kann jedoch die vorliegende Erfindung bei anderen Zubehörteilen oder Komponenten und in industriellen Anwendungen anstatt nur bei Fahrzeugen wie z. B. Personenkraftwagen und Lastkraftwagen verwendet werden.
Fluidkopplungsvorrichtungen des Viskosekupplungstyps wurden für viele Jahre zum Antreiben von Motorkühllüftern (somit ”Lüfterantriebe” genannt) verwendet. Solche Lüfterantriebe können zu beträchtlichen Einsparungen an Motorleistung führen und können somit die Menge an zurückgelegten Meilen, die das Fahrzeug pro Gallone Kraftstoff erreichen kann, erhöhen. Die typische Fluidkopplungsvorrichtung arbeitet im eingerückten Zustand mit relativ höherer Drehzahl nur dann, wenn eine Kühlung erforderlich ist, und arbeitet in einem ausgerückten Zustand mit relativ niedrigerer Drehzahl, wenn wenig oder keine Kühlung erforderlich ist.
Elektrisch aktivierte Viskoselüfterantriebe sind bekannt und werden heute verwendet, da sie zwischen einer eingerückten, teilweise eingerückten und ausgerückten Betriebsart präzise gesteuert werden können, um die Ausgangsleistung bei einer gegebenen Lüfterdrehzahl zu steuern, wie durch den Motorcomputer des Fahrzeugs bestimmt.
Bei den elektrisch betätigten Viskoselüfterantrieben, die heute in Verwendung sind, ist der Aktuator entweder an der Vorder- oder der Rückseite der Lüfterantriebe montiert. In beiden Fällen sind die Aktuatoren an den Antrieben mit Kugellagern montiert und die elektrischen Drähte sind mit einer stationären Stelle am Motor oder an der Verkleidung oder einer optimalen Stelle, welche auch immer für das spezielle Fahrzeug oder die spezielle Kundenanwendung geeignet ist, verdrahtet.
Für an der Vorderseite montierte Aktuatoren ist die Länge der elektrischen Verdrahtung (Kabelstrang) ein begrenzender Faktor für große Lüfteranwendungen. Für an der Rückseite montierte Aktuatoren kann die Achslänge die Verwendung in Anwendungen mit enger Bündelung begrenzen. Außerdem erfordern sie auch eine Verdrahtung (Kabelstrang) vom Lüfterantrieb zu einer stationären Stelle, die im Fahrzeug schwierig zu installieren sein kann, wenn der Lüfter vor der Installation am Lüfterantrieb montiert wird. Die Haltbarkeit beider Konstruktionen ist eine Funktion der Lagerlebensdauer sowie der Haltbarkeit und Lebensdauer der verdrahteten elektrischen Drähte und/oder Halterungen.
Folglich könnte ein Lüfterantrieb ohne Verdrahtung, d. h. ohne elektrische Drähte, die mit einer stationären Stelle verdrahtet sind, und ohne Aktuatoren, die an Kugellagern montiert sind, die Haltbarkeit des Lüfterantriebs verbessern sowie die Kosten des Fluidkopplungsantriebs senken. Es ist jedoch auch wichtig, dass der verdrahtungslose Lüfterantrieb dieselben oder ähnliche Lüfterantriebsleistungseigenschaften und -attribute wie der verdrahtete Lüfterantrieb aufrechterhält.
Der Lüfterantrieb mit an der Vorderseite montiertem elektrischen Aktuator war das Ergebnis einer Entwicklung von früheren luftbetätigten Viskoselüfterantrieben, die in Schwerlastkraftwagen- und großen Busanwendungen verwendet wurden. Anfänglich wurden Bimetall-Steuerfederbauteile und -mechanismen an der Vorderseite der Viskoseantriebe verwendet. Diese wurden anschließend durch an einem Lager montierte pneumatische Solenoide ersetzt. Haltbarkeitsprobleme bei den Verdrahtungen und höhere Kraftstoffsparsamkeitsanforderungen, die von der Öffentlichkeit und von Regierungsinstanzen gefordert wurden, zwangen die Schwerlastindustrie dazu, auf pneumatische Ein/Aus-Reibungskupplungen ohne Verdrahtung auszuweichen. In diesen Kupplungen wurde die Luftzufuhr durch die Mitte der Unteranordnung aus Montagehalterungen – Riemenscheibe zugeführt.
Heute steht die Kraftfahrzeug- und Schwerlastindustrie noch strengeren Kraftstoffsparsamkeitseinschränkungen sowie Lärmschutzanforderungen gegenüber. Diese setzen den Bedarf an Lüfterantrieben mit variabler Drehzahl oder zumindest mehrstufigen Lüfterantrieben fort. Folglich sind Viskoseantriebe wirtschaftliche und haltbare Lösungen, die sich zur Verwendung von an der Rückseite betätigten Viskoselüfterantrieben entwickelt haben. Diese an der Rückseite montierten elektrisch gesteuerten Aktuatoren wurden entwickelt, um potentielle Verdrahtungshaltbarkeitsprobleme, die mit an der Vorderseite montierten Aktuatoren verbunden sind, zu verringern.
An der Vorderseite betätigte Viskoselüfterantriebe wurden weiterhin für leichte bis mittelschwere Anwendungen verwendet, da die axiale Länge und die Kosten besser sind als bei an der Rückseite betätigten Lüfterantrieben. In einigen Leichtlast-Benzinmotoranwendungen, in denen die Lüfterkupplung durch die Wasserpumpe angetrieben wird, existiert jedoch ein Systemresonanzproblem, das durch zahlreiche Faktoren verursacht wird, einschließlich des Massenschwerpunkts (CG) des Lüfterantriebs.
Folglich ist ein neuer und verbesserter Viskoselüfterantrieb für zahlreiche Anwendungen erforderlich, ob für die Leicht-, Mittel- oder Schwerfahrzeugverwendung. Außerdem existiert der Bedarf an Aktuatoren, die verringerte Kosten, eine verbesserte Haltbarkeit und eine bessere Geräusch- und Vibrationsleistung aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehend erwähnten Probleme und Anliegen bei verdrahteten Aktuatoren und Systemresonanzprobleme minimieren, während sie erwünschte Merkmale, wie z. B. ein Hochgeschwindigkeitsreservoir und eine kombinierte ”ausfallsichere” und Antirückfluss-Option beinhaltet. Die Erfindung verwendet auch ein Rücklaufsteuerventil, das an einem Bauteil mit niedriger Drehzahl konfiguriert ist, das als Fluidströmungsumleiter arbeitet.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Viskoselüfterantrieb mit einem an der Vorderseite montierten Lüfter und einer elektrischen Betätigung ohne verdrahteten Kabelstrang. Die vorliegende Erfindung verwendet eine umgekehrte Viskosekupplung, eine Antriebsriemenscheibe und einen geteilten elektromagnetischen Aktuator, was zu einer rein mechanischen Baugruppe führt, die mehrere Vorteile gegenüber existierenden durch den Motor angetriebenen, elektronisch gemanagten Viskoselüfterantrieben schafft. Eine umgekehrte Kupplung ist eine, bei der die herkömmliche Kupplung im Wesentlichen umgedreht ist, so dass die Zentralwelle die Ausgangswelle ist, während die äußeren Bauteile, z. B. der Körper und die Abdeckung, der Eingang sind.
In dieser Konfiguration ist der elektrische Abschnitt des Aktuators nicht physikalisch am Lüfterantrieb montiert, sondern ist vielmehr an einem stationären Bauteil an der Antriebsriemenscheibe montiert. Das stationäre Bauteil könnte auch am Wasserpumpengehäuse befestigt sein. Die restlichen Aktuatorkomponenten sind mit dem Lüfterantrieb einteilig und folglich weist der Lüfterantrieb selbst nur mechanische Teile auf. Bei der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Ausführungsform sind der Lagerort, die Riemenscheibenmontage, die Kupplungsmontage, die Lüftermontage und der Differenzdrehzahlsensormagnet alle so positioniert, dass die Leistung und Anwendung des Viskoselüfterantriebs optimiert sind. Ausführungsformen der Erfindung können Hochgeschwindigkeitsreservoirs mit Akkumulatoren, eine Rücklaufsteuerung mit Ventilen mit niedriger Geschwindigkeit, gestanzte Metallabdeckungen und integrierte Schlupfdrehzahlsensoren verwenden. Die Erfindung ermöglicht schnelle Ansprechzeiten für das Einrücken oder Ausrücken der Kupplung und ermöglicht auch einen offenen Regelkreis für die elektrische Betätigung.
Weitere Nutzen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in auseinandergezogener Anordnung.
2 ist eine perspektivische teilweise Querschnittsansicht eines Viskoselüfterantriebs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A–4B stellen die eingerückte bzw. die ausgerückte Position der Ventilanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5A–5D stellen Komponenten eines Schlupfdrehzahlsensors und dessen Funktionsweise gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
6 ist eine schematische Darstellung eines Rückschlagventilmechanismus, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
7A–7C stellen eine weitere Ausführungsform zum Unterstützen der Kühlung eines Lüfterantriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Zeichnungen, die die Erfindung nicht begrenzen sollen, stellen 1–3 eine Ausführungsform einer Fluidkopplungsvorrichtung 10 (”Viskoselüfterantrieb”) gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Vorrichtung 10 besitzt einen Viskoseantriebsmechanismus 12, der verwendet wird, um die Drehzahl eines Kühllüfters 14 zu steuern. Der Viskoseantriebsmechanismus 12 ist an einer Riemenscheibe 16 befestigt, die durch einen Riemen (nicht dargestellt) an der Vorderseite eines Fahrzeugmotors betrieben wird. Der Lüfterantrieb wird durch eine elektrische Spule 18 elektrisch aktiviert, die fest an einem stationären Montagebauteil 20 montiert ist. Das Montagebauteil 20 kann eine Halterung, die an einem Fahrzeugmotor oder dergleichen befestigt ist, oder eine Montagehalterung für eine Fahrzeugwasserpumpe sein. Ein Abschnitt einer Wasserpumpe 22 ist beispielsweise in 1–3 gezeigt.
Das Lüfterbauteil 14 kann ein beliebiger Typ von Lüfterbauteil, das bekannt ist und heute verwendet wird, wie z. B. ein Kunststoff- oder Metalllüfter, sein. Das Lüfterbauteil 14 ist durch mehrere Befestigungsvorrichtungen wie z. B. Schrauben 15 direkt am Rotorbauteil 34 montiert und dreht sich mit diesem.
Der Viskoseantriebsmechanismus besitzt ein Abdeckplattenbauteil 30, ein Lagerbauteil 32, ein Rotorbauteil 34, ein Ankerbauteil 36, ein Reservoirplattenbauteil 38 und ein Körperbauteil 40. Das Körperbauteil 40 weist mehrere äußere Rippenbauteile 100 auf, die verwendet werden, um zu helfen, das Abdeckbauteil und die inneren Komponenten und das Fluid innerhalb des Viskoselüfterantriebs zu kühlen. Das Rotorbauteil, das Reservoirplattenbauteil und das Körperbauteil bestehen vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial. Die Abdeckplatte besteht vorzugsweise aus einem Metallmaterial wie z. B. Stahl und ist in die in den Zeichnungen gezeigte Konfiguration gestanzt. Eine gestanzte Stahlabdeckplatte ist kostengünstiger als ein druckgegossenes Abdeckbauteil mit Rippen, das herkömmlich heute in Viskoselüfterantrieben verwendet wird. Das Ankerbauteil 36 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
Wie in 3 gezeigt, ist auch das Abdeckplattenbauteil 30 fest am Körperbauteil 40 befestigt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass ein Abschnitt des Körperbauteils über die Kante des Abdeckbauteils verformt und gepresst wird, wie durch das Bezugszeichen 31 gezeigt. Das Körperbauteil ist wiederum direkt am Riemenscheibenbauteil 16 durch mehrere Schrauben oder andere Befestigungsvorrichtungen 47 befestigt.
Eine Drehdichtung 42 wird verwendet, um die Verbindung zwischen dem Abdeckplattenbauteil 30 und dem Körperbauteil 40 abzudichten, um einen Austritt des viskosen Fluids benachbart zum Lüfterbauteil 14 zu verhindern.
Eine Montageschraube 44 zusammen mit einer Beilagscheibe 46 (auch als ”Schleuderring” bekannt) werden verwendet, um den Viskoseantriebsmechanismus 12 und das Riemenscheibenbauteil 16 am Montagebauteil 20 zu montieren. Die Montageschraube 44 passt in ein Hohlwellenbauteil 48, das am Ende 49 der Drehwelle 50 montiert ist, die in diesem Beispiel eine Wasserpumpenwelle ist.
Die Welle 50 ist durch Lagerbauteile 52 und 54 drehbar innerhalb des stationären Montagebauteils 20 montiert. Die Montageschraube 44 ist an der Drehwelle 50 durch Verschrauben montiert, wie in 3 gezeigt.
Das bei dem Viskoselüfterantriebsmechanismus verwendete elektromagnetische System besitzt eine Spule 18 zusammen mit einem Stahlgehäusebauteil 19, die beide am stationären Montagebauteil 20 montiert sind. Die Spule 18 weist einen Kabelstrang 60 auf, der mit einer Steuereinheit 62 und einer Leistungsquelle 64 elektrisch gekoppelt ist. Die Steuereinheit 62 empfängt elektrische Signale von mehreren Motorsensoren 66 hinsichtlich Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen könnten die Motortemperatur, der Kraftstoffverbrauch, Emissionen oder andere Motorbetriebsbedingungen, die sich auf die Leistung des Motors auswirken, sein. Einer der Sensoren 66 könnte beispielsweise ein am Motor montierter Kühlmittelsensor oder ein Drucksensor, der an der Klimaanlage montiert ist, sein. Die Steuereinheit 62 besitzt eine gespeicherte Nachschlagetabelle, die einen gewünschten Motorbetriebsbereich für eine gegebene Motordrehzahl bestimmt. Wenn die Steuereinheit 62 feststellt, dass einer oder mehrere der Sensoren 66 Kühlbedingungen außerhalb des gewünschten Betriebsbereichs erfassen, weist die externe Steuereinheit 62 die Leistungsquelle 64 als Funktion dieses elektrischen Signals an, elektrische Leistung zur Spule 18 zu senden. Wenn beispielsweise die externe Steuereinheit 62 feststellt, dass die Motorkühlmitteltemperatur zu niedrig ist oder dass die Motortemperatur zu niedrig ist, kann somit ein Signal von der Steuereinheit 62 zur Leistungsquelle 64 gesandt werden, um die Spule 18 auf ihre gewünschte Impulsbreite zu aktivieren, wobei darin ein Magnetfeld innerhalb der Fluidkopplungsvorrichtung 10 geschaffen wird.
Wenn ebenso die externe Steuereinheit 62 von einem oder mehreren der Sensoren 66 feststellt, dass die Motor- oder Motorkühlmitteltemperatur über einem unerwünscht hohen Bereich liegt, wird kein Signal zur externen Steuereinheit 62, zur Leistungsquelle 64 und zur Spule 18 gesandt. In dieser Weise interpretiert die Steuereinheit 62 folglich die Signale vom Sensor zum Anweisen der Leistungsquelle 64, elektrischen Strom über den Kabelstrang 60 zur Spule 18 zu senden oder nicht zu senden, um die Ausgabe aus dem Viskoselüfterantrieb 10 in einer hierin beschriebenen Weise zu steuern.
Wie angegeben, kann das stationäre Montagebauteil 20 eine Wasserpumpenwelle 50 aufweisen, die direkt an einem Motorblock (nicht dargestellt) nahe der Kurbelwellenriemenscheibe (nicht dargestellt) unter Verwendung von Schrauben oder anderen herkömmlichen Befestigungsvorrichtungen montiert ist. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann die Wasserpumpen-Montagehalterung eine eigenständige Halterungs-Riemenscheiben-Unteranordnung sein. Die Wasserpumpenwelle 50 ist mit mehreren Pumpenrädern 23 gekoppelt, die verwendet werden, um die Motorkühlmittelströmung innerhalb eines Motorkühlsystems zu steuern, um den Motor zu kühlen. Die Wasserpumpenwelle 50 ist an der Riemenscheibe 16 durch das Hohlwellenbauteil 48 montiert. Folglich dreht sich das Wellenbauteil 50 mit derselben Drehgeschwindigkeit wie die Riemenscheibe 16, um die Pumpenräder anzutreiben und dabei eine Kühlmittelströmung zum Motor zu liefern.
Wie angegeben, ist die Riemenscheibe 16 mit der Motorkurbelwelle durch einen Antriebsriemen (nicht dargestellt) gekoppelt und dreht das Körperbauteil 40 mit einer Rate, die durch die Motorbetriebsdrehzahl bestimmt ist, die durch die Kurbelwelle und den Riemen auf die Riemenscheibe 16 übertragen wird. Das Körperbauteil 40, das vorzugsweise aus einem druckgegossenen Aluminiummaterial besteht, besitzt einen Überlagerungs bereich 31, der verwendet wird, um das gestanzte Abdeckplattenbauteil 30 im Viskoselüfterantrieb fest an der Stelle zu halten. Folglich drehen sich das Körperbauteil 40 und die Abdeckplatte 30 mit derselben Drehgeschwindigkeit wie das Riemenscheibenbauteil 16.
Das Lüfterbauteil 14 ist innerhalb des Viskoselüfterantriebs unter Verwendung des Kugellagerbauteils 32 drehbar montiert und ist am Rotorbauteil 34 befestigt. Das Rotorbauteil und das Lüfterbauteil bilden somit den Ausgang des Viskoselüfterantriebs.
Das Volumen des Raums um das Rotorbauteil 34, der durch die Abdeckung 30 und das Körperbauteil 40 begrenzt ist, definiert ein Fluidreservoir 70, in dem eine Menge an viskosem Fluid vorgesehen ist (nicht dargestellt). Das Abdeckbauteil 30 und die Reservoirplatte 38 definieren eine Fluidkammer 72. Das Volumen des Raums zwischen dem radial äußeren Abschnitt des Rotorbauteils 34 und dem Körperbauteil 40 definiert die Fluidarbeitskammer 74 für den Viskoselüfterantrieb.
Das Fluidreservoir 70 wird bei der Bewegung des Ankerbauteils 36 in einer nachstehend zu beschreibenden Weise fluidtechnisch mit der Fluidkammer gekoppelt. Die axiale Bewegung des Ankerbauteils öffnet und schließt einen Rücklauffluidströmungspfad in Abhängigkeit von der Betätigung der elektrischen Spule 18, die die Strömung von Fluid zwischen dem Fluidreservoir und der Fluidkammer steuert. Außerdem ist die Fluidkammer 72 mit einer Arbeitskammer 74 fluidtechnisch gekoppelt, die zwischen den äußeren Enden des Rotorbauteils in Kombination mit dem Körperbauteil 40 und dem Abdeckbauteil 30 in einer herkömmlichen Weise definiert ist. Die Menge an viskosem Fluid, das in der Arbeitskammer 74 enthalten ist, in Verbindung mit der Drehzahl des Abdeck- und des Körperbauteils, die mit dem Riemenscheibenbauteil 16 gekoppelt sind, bestimmt das Drehmoment, das auf das Rotorbauteil 34 übertragen wird, das das Lüfterbauteil 14 dreht. Mit anderen Worten, die Drehmomentantwort ist ein Ergebnis von viskoser Scherung innerhalb der Arbeitskammer 74. Wie angegeben, wird folglich die Drehung des Lüfterbauteils verwendet, um den Kühler oder andere Motorkomponenten zu kühlen, wie durch die Motorsteuereinheit und die entsprechenden Sensoren gefordert.
Das Ankerbauteil 36 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial und weist einen Metallankerring 37 auf, der an seinem Außenumfang befestigt ist. (Dies ist in 5B besser gezeigt.) Der Ankerring 37 besteht aus einem Eisenmaterial. Außerdem ist ein mehrpoliger Ringmagnet 43 an dem Ankerbauteil 36 befestigt und ein Teil von diesem. Der Ankerring und der mehrpolige Ringmagnet wirken in Kombination mit dem elektromagnetischen Kreis, der durch das Spulenbauteil 18 verursacht wird, um das Ankerbauteil in einer axialen Richtung entlang der Längsachse des Viskoselüfterantriebssystems zu bewegen. In dieser Hinsicht ist die Längsachse durch die Mittellinie 51 (3, 4A, 4B und 5A) angegeben.
Das Nabenbauteil 39 besteht aus einem Eisen- oder Metallmaterial und wird in das Körperbauteil 40 einsatzgießgeformt. Das Nabenbauteil weist eine konische Form mit einem U-förmigen Querschnitt auf, wie insbesondere in 3 und 4A–4B gezeigt. Nachdem das Körperbauteil mit dem Nabenbauteil in diesem gegossen ist, wird ein ringförmiger Kanal 53 im Nabenbauteil ausgebildet. Der Kanal 53 ist axial auf den Ankerring 37 am Ankerbauteil 36 ausgerichtet. Der durch den ringförmigen Kanal 53 gebildete Raum schafft einen Arbeitsspalt, in den der Ankerring bei der Betätigung des elektromagnetischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung gezogen wird und in dem er positioniert wird.
Das Ankerbauteil 36 ist im Wesentlichen ein Ventilbauteil und arbeitet zum Öffnen und Schließen des Rücklauffluidströmungspfades des Viskosekupplungsmechanis mus. Dies ist spezieller in 4A und 4B gezeigt. 4A stellt das Ventilbauteil in der eingerückten Position dar und 4B stellt das Ventilbauteil in der ausgerückten Position dar. In der ausgerückten Position ist eine Öffnung 80 zwischen dem Ankerbauteil 36 und dem Reservoirplattenbauteil 38 vorgesehen, die ermöglicht, dass sich der Rücklauffluidströmungspfad öffnet und das viskose Fluid 77A in die Reservoirkammer 70 zurück strömt. Dies rückt das Lüfterbauteil aus. In der eingerückten Position ist die Arbeitskammer 74 mit viskosem Fluid gefüllt und die Ausgangsbauteile, nämlich das Rotorbauteil 24 und das Lüfterbauteil 14, drehen sich mit voller Drehzahl oder Kapazität und schaffen eine vollständige Kühlung für den Kühler oder andere Motorzubehörteile, wie erforderlich. In dieser Betriebsposition ist die Öffnung 80 geschlossen und das viskose Fluid 77B, das aus der Arbeitskammer 74 durch den Rücklaufkanal 75 in die Fluidkammer 72 zurückgefördert wird, wird wieder der Arbeitskammer 74 zugeführt.
Infolge der Weise, in der das Lüfterbauteil eingerückt und ausgerückt wird, befindet sich der Viskoselüfterantrieb normalerweise in der ”Ein”-Position. Dies ist als ”ausfallsichere” Bedingung bekannt. Außerdem regelt das Ausmaß, um das das Ankerbauteil 36 axial bewegt wird, und das entsprechende Ausmaß, in dem die Öffnung 80 geöffnet wird, die Menge an viskosem Fluid, das zum Fluidreservoir zurückgeführt wird, und die Menge, die wieder der Arbeitskammer zugeführt wird. Dies regelt die Drehzahl des Lüfterbauteils. Bei der vorliegenden Erfindung kann sich folglich das Lüfterbauteil im ”Ein”-Zustand, im ”Aus”-Zustand und auf irgendeiner Drehzahl zwischen diesen zwei Zuständen befinden.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, einen Viskoselüfterantrieb zu schaffen, der sich immer in der ”Aus”-Position befindet, und bei dem das Lüfterbauteil nur eingerückt wird, wenn elektrisch Leistung geliefert wird und der elektromagnetische Kreis aktiviert wird. Dies könnte mit derselben Struktur und denselben Komponenten wie die ausfallsichere Ausführungsform geschaffen werden, würde jedoch eine Modifikation der Programmierung in der Steuereinheit 62 nach sich ziehen.
Wie angegeben, weist das Rotorbauteil 34 einen Rücklauftunnel 75 auf, der in derselben Weise wie Rücklauftunnel bei Rotorbauteilen von herkömmlichen Viskoselüfterantrieben arbeitet und einen Rückkehrpfad für das viskose Fluid von der Arbeitskammer zurück in die Fluidkammer und/oder das Fluidreservoir schafft.
Der Flusspfad für den elektromagnetischen Kreis ist durch Pfeile A in 4B gezeigt. Der Flusspfad A besitzt das Eisennabenbauteil 39 und das Eisengehäusebauteil 19. Wenn die Sensoren 66 der Steuereinheit 62 anzeigen, dass die Drehung des Lüfterbauteils nicht erwünscht oder nicht in demselben Umfang erwünscht ist, dann wird das Spulenbauteil 18 betätigt, wie angegeben. Die Betätigung des Spulenbauteils erzeugt den Flusspfad A, was aufgrund des mehrpoligen Ringmagnets 43 das Ankerbauteil axial bewegt und den Ankerring 37 im Kanal (oder ”Arbeitsspalt”) 53 positioniert.
Die vorliegende Erfindung besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Lüfterantriebsmechanismen und -systemen mit viskosem Fluid. Ohne den verdrahteten Kabelstrang sind weniger innere elektrische Verbindungen erforderlich. Das Spulenbauteil und die elektrische Schaltungsanordnung sind auch leichter einsatzfähig. Die Schlupfwärmekapazität ist aufgrund der Drehung des Abdeckbauteils mit seinen Kühlrippen mit der Eingangsdrehzahl verbessert, was auch eine zusätzliche Fluidreservoirkühlung schafft. Die Erfindung weist auch eine ausfallsichere Betriebsart auf und befindet sich normalerweise im eingerückten oder ”Ein”-Zustand und besitzt auch einen ruhigen Start. Die Reaktionszeit für das Auspumpen und Füllen der Arbeitskammer ist verbessert, da die Rücklaufrate von der Füllrate unabhängig ist.
Das Rücklaufströmungssteuerventil ist auch ein Teil des Ausgangsbauteils, was folglich dynamische Belastungseffekte am Ventilbauteil verringert. Die Erfindung ermöglicht auch die Integration einer ”intelligenten” Steuereinheit, da die Elektronik nicht physikalisch mit dem Lüfterantrieb verbunden ist.
Die Erfindung besitzt auch eine kleinere Anzahl von Komponenten als verdrahtete Viskoselüfterantriebe. Die vorliegende Erfindung weist nicht weniger als 30 Prozent weniger Komponenten auf als entsprechende verdrahtete Viskoselüfterantriebe, die entweder an der Vorderseite montiert oder an der Rückseite montiert sind. Dies schafft niedrigere Kosten und eine verbesserte Zuverlässigkeit des Viskoselüfterantriebsmechanismus und -systems. Garantiekosten könnten auch verringert werden, da die elektronischen Komponenten einsatzfähiger sind und weniger Komponenten erforderlich sind.
Der Viskoselüfterantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch leichter am Fahrzeug zu montieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist ferner die axiale Länge des Viskoselüfterantriebsmechanismus nicht weniger als 50–60 Millimeter verringert. Dies kann in Fahrzeugen, die einen begrenzten Platz im Motorraum aufweisen, wichtig sein. Außerdem verwendet die Rücklaufsteuerung einen Ventilmechanismus mit niedriger Geschwindigkeit, der gegenüber vorherigen Viskoselüfterantriebssystemen ein Vorteil und eine Verbesserung ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet auch einen integrierten Schlupfdrehzahlsensor. Ein bevorzugter Sensor dieses Typs ist beispielsweise in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 60/806638, eingereicht am 6. Juli 2006, deren Offenbarung hiermit durch den Hinweis hierin aufgenommen wird, gezeigt. Der integrierte Schlupfdrehzahlsensor überwacht die Kupplungsausgangsdrehzahl mit einer elektromagnetischen Schaltung, die teilweise aus Komponenten besteht, die mit der Kupplung gemeinsam sind. Die Schaltungskonfiguration schafft einen Drehzahlsensor, der die Drehzahldifferenz zwischen dem Kupplungsausgang und dem Kupplungseingang misst. Wenn sie durch die Steuereinheit (oder einen entfernten Computer) gemessen wird, wird die Differenzdrehzahl von der Kupplungseingangsdrehzahl subtrahiert, um die Ausgangsdrehzahl zu bestimmen.
Für die elektromagnetische Schaltung ist ein Sensorpolbauteil 41 zusammen mit einer Hall-Effekt-Vorrichtung (HED) 110 oder einer anderen magnetischen Erfassungsvorrichtung vorgesehen. Die HED 110 ist am Ende eines Flusskonzentrators 111 angeordnet, der am Spulenbauteil 18 befestigt ist. Dies ist spezieller in 5C und 5D in Kombination mit 5A, die den Flusspfad B des Schlupfdrehzahlsensorsystems darstellt, gezeigt. Das Polbauteil 41 weist mehrere Magnetpole 112 auf, die auf dem Umfang um das Innere eines äußeren Rings 114 angeordnet sind. Der Flusspfad B weist den RED-Sensor 110, das Hohlwellenbauteil 48, den Ringmagneten 43, das Polbauteil 41 und das Nabenbauteil 39 auf.
Das Ringmagnetpolbauteil 41 dreht sich mit der Eingangsdrehzahl relativ zur stationären HED 110. Die abwechselnden Pole des Ringmagneten 41 erzeugen abwechselnde Richtungen des Magnetflusses im Magnetkreis proportional zur Differenzdrehzahl des Eingangs und Ausgangs. Die Differenzdrehzahl ist durch die Differenz der Drehzahl zwischen dem Polbauteil 41 und dem Ringmagneten 43 bestimmt.
Ein weiteres Merkmal einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die verbesserte Weise, in der das viskose Fluid und der Viskoseventilmechanismus bei der Kühlung unterstützt werden. Wie angegeben, ist das Kör perbauteil 40 eine Gussmetallkomponente, die vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial besteht, und weist mehrere Rippenbauteile 100 auf, die an die äußere Oberfläche gegossen sind. Dies ist insbesondere in 7B gezeigt. Außerdem dreht sich das Körperbauteil mit der Eingangsdrehzahl, da es direkt mit dem Riemenscheibenbauteil 16 gekoppelt ist. Das Reservoir für viskoses Fluid dreht sich wiederum mit derselben Eingangsdrehzahl. Das Fluidreservoir ist folglich bei der vorliegenden Erfindung ebenso mit den Kühlrippen des Körperbauteils verbunden und wird durch den Effekt der Kühlrippen auf einer niedrigeren Temperatur gehalten.
Mehrere Öffnungen 120, die ”Lüftungs”-Öffnungen genannt werden, im Riemenscheibenbauteil, wie in 7A gezeigt, unterstützen beim Ermöglichen, dass die Luftströmung leichter über die Kühlrippen strömt. Wie in 7A gezeigt, sind vier vergrößerte Öffnungen 120 vorgesehen und die Luftströmung ist durch Pfeile 115 dargestellt. Selbstverständlich können irgendeine Größe und Anzahl von Öffnungen vorgesehen werden, jedoch solange die Festigkeit und Haltbarkeit des Riemenscheibenbauteils nicht beeinträchtigt werden. Je größer die Öffnungen sind oder je größer die Fläche des offenen Raums im Riemenscheibenbauteil ist, desto größer ist der Kühleffekt.
Um das Riemenscheibenbauteil 16 vom Körperbauteil 40 zu beabstanden und die Leitung von Wärme vom Körperbauteil zum Riemenscheibenbauteil zu minimieren, sind außerdem erhabene Buckel 130 an jeder der Montageöffnungen 132 vorgesehen, wo das Riemenscheibenbauteil am Körperbauteil durch Schrauben 47 oder andere Befestigungsvorrichtungen befestigt ist. Dies ist in 7B gezeigt. Dies minimiert die Leitung von Wärme vom Körperbauteil zum Riemenscheibenbauteil und umgekehrt.
Wie auch in 7B gezeigt, sind außerdem mehrere Nuten oder Schlitze 140, die auch ”Lüftungs”-Schlitze genannt werden, an der äußeren Oberfläche des Körperbauteils 40 vorgesehen und unterstützen beim Ermöglichen der Luftströmung über die Kühlrippen 100. Die Luftströmung strömt durch die Lüftungsöffnungen 120 in der Riemenscheibe 16 und durch die Lüftungsschlitze 140 im Körperbauteil 40. Dies ermöglicht, dass die Luftströmung mehr der Oberfläche der Kühlrippen 100 kontaktiert, was folglich die Kühlung unterstützt.
Wie in 7C gezeigt, ist außerdem eine Anzahl von Rippenbauteilen 150 innerhalb der Reservoirkammer 70 vorgesehen. Die Rippenbauteile 150 können durch die Lüftungsschlitze 140 in der äußeren Oberfläche des Körperbauteils 40 ausgebildet und geschaffen sein. Die Rippen 150 innerhalb des Reservoirs für viskoses Fluid unterstützen auch die Wärmeübertragung von Wärme vom viskosen Fluid zu den Kühlrippen 100 und folglich zur Atmosphäre innerhalb des Motorraums des Fahrzeugs.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Viskoselüfterantriebssystems ist in 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform kann ein Rückschlagventil 90 verwendet werden. Das Rückschlagventil 90 verhindert einen Rückfluss und verringert das restliche Kanalfluid. Das Rückschlagventil weist ein durch eine Feder betätigtes Kolbenbauteil 92 auf, das durch ein Federbauteil 94 gegen ein Stopfenbauteil 95 vorgespannt ist. Das Stopfenbauteil 95 wird im Kanal oder in der Bohrung 96 (nachdem die Bohrung ausgebildet ist) angeordnet, um das Kolbenbauteil und das Federbauteil in Position zu halten. Das Kanalbauteil 96 weist ein zugehöriges sekundäres Rücklaufkanalbauteil 97 auf, das mit der Reservoirkammer 70 in direkter Verbindung steht. Der Kanal 96 weist auch ein zugehöriges Kanalbauteil oder einen zugehörigen Durchgang 98 auf, der mit der Arbeitskammer 74 in direkter Verbindung steht. Der Rückschlagventilmechanismus 90 verbessert das Ansprechen und die Steuerbarkeit des Viskoselüfterantriebs. Er schafft einen kürzeren Füllpfad, was die Steuerbarkeit aufgrund einer verringerten Fluidfüllverzögerungszeit verbessert. Der Wischer ist im Wesentlichen ”umgekehrt” und verbessert ebenso die Füllrate. Der Rückschlagventilmechanismus 90 verhindert einen Rückfluss und verringert das restliche Kanalfluid.
Mit einem Rückschlagventilmechanismus 90, der im Körperbauteil 40 angeordnet ist, das sich mit der Eingangsdrehzahl dreht, drängt im Betrieb die Zentrifugalkraft am Kolbenbauteil 92 das Kolbenbauteil gegen das Stopfenbauteil 95 und gegen die Kraft des Federbauteils 94 nach außen. Unter dieser Bedingung besteht ein direkter Strömungspfad durch die Kanalbauteile 98 und 97 von der Arbeitskammer zum Fluidreservoir. Wenn sich der Viskoseantriebsmechanismus in der eingerückten Position befindet und sich das Lüfterbauteil dreht, besteht folglich eine kontinuierliche Strömung von Fluid vom Reservoir zur Arbeitskammer und zum Reservoir zurück.
Wenn der Motor ausgeschaltet ist oder sich nicht in Betrieb befindet, spannt das Federbauteil 94 das Kolbenbauteil 92 in eine Position radial einwärts vor, wie durch das Pfeilelement 99 in 6 gezeigt. Das Kolbenbauteil 92 schließt das Ende des Kanals oder Durchgangs 98, was folglich verhindert, dass das viskose Fluid aus dem Fluidreservoir in die Arbeitskammer ausläuft. Dies unterstützt das Schaffen eines ruhigeren Starts des Motors.
Mit weniger Komponenten besitzt der Viskoselüfterantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung weniger Gewicht und weniger Überhangmasse. Das leichtere Gewicht kann helfen, die Kraftstoffsparsamkeit des Fahrzeugs zu verbessern, während die geringere Masse, die über das Montagebauteil hinaus ragt, die Haltbarkeit der Lager und des Wellenbauteils für die Wasserpumpe oder eine andere zugehörige Komponente verbessern kann.
Das Rotorbauteil 34 besitzt auch ein Rücklaufsystem, das viskoses Fluid von der Arbeitskammer zur Reservoirkammer in einer herkömmlichen Weise zurückführt. Benachbart zum radial äußeren Umfang der Arbeitskammer ist ein Pumpelement angeordnet, das auch als ”Wischer”-Element bezeichnet wird (siehe 105 in 7C). Das Wischerelement wirkt zum Eingriff mit einem sich relativ drehenden Fluid in der Arbeitskammer und zum Erzeugen eines lokalisierten Bereichs mit relativ höherem Fluiddruck. Folglich wird eine kleine Menge an Fluid kontinuierlich von der Arbeitskammer durch einen Rücklaufkanal wie z. B. den Kanal 75 in den Zeichnungen, zurück in die Reservoirkammer gepumpt.
Die Menge an elektrischer Leistung, die mittels Impulsbreitenmodulation von der externen Steuereinheit 62 und der Leistungsquelle 64 geliefert wird, verstärken die Menge an Magnetfluss, der zur Verfügung steht, um die relative Positionierung des axial beweglichen Ankerventilbauteils 36 zu steuern. Wie angegeben, empfängt die Steuereinheit einen Satz von elektrischen Eingangssignalen von verschiedenen Motorsensoren 66, die verschiedene Motorbetriebsbedingungen überwachen. Die Nachschlagetabelle in der Steuereinheit bestimmt einen gewünschten Motorbetriebsbereich für eine gegebene Motordrehzahl. Wenn ein Eingangssignal von einem der Sensoren in die Steuereinheit anzeigt, dass die Kühlbedingungen außerhalb des gewünschten Betriebsbereichs liegen, weist die externe Steuereinheit 62 die Leistungsquelle 64 als Funktion dieses elektrischen Signals an, elektrische Leistung zum Spulenbauteil 18 zu senden. Wenn das Ankerbauteil beispielsweise axial gezogen oder bewegt wird, wird folglich ein Spalt zwischen dem Ankerbauteil 36 und der Reservoirplatte 38 geöffnet, was ermöglicht, dass viskoses Fluid zum Reservoir 70 zurückkehrt. Dies verringert wiederum die Menge an viskosem Fluid in der Arbeitskammer. Daher würde sich ein mit dem Ausgangsbauteil gekoppelter Lüfter langsamer drehen.
Wenn die externe Steuereinheit 62 ebenso von einem oder mehreren der Sensoren 66 feststellt, dass die Motor- oder Motorkühlmitteltemperatur über einem unerwünscht hohen Bereich liegt, wird kein Signal von der externen Steuereinheit 62 zur Leistungsquelle 64 und zur Spule 18 gesandt. Das Ankerventilbauteil 36 wird folglich in einer Position gehalten, in der der Spalt 80 geschlossen ist, was eine maximale Fluidströmung vom Fluidreservoir 70 zur Fluidkammer 72 und zur Arbeitskammer 74 ermöglicht. Dies schafft eine maximale Drehmomentantwort des Rotors 34, der wiederum das Lüfterbauteil 14 dreht, um eine maximale Kühlung für den Kühler zu schaffen, um das Motorkühlmittel zu kühlen.
Die vorliegende Erfindung schafft zahlreiche Vorteile gegenüber derzeit erhältlichen an der Vorderseite und der Rückseite betätigten Viskoselüfterantrieben. Der elektrische Abschnitt des Aktuators ist beispielsweise nicht physikalisch am Lüfterantrieb befestigt, sondern ist vielmehr an einem stationären Bauteil der Antriebsriemenscheibe montiert. An sich bestehen kein verdrahteter Kabelstrang und kein Aktuatorlager. Dies führt zu einer leichteren und weniger kostspieligen Herstellung, da keine Drähte oder Verbindungselemente vorhanden sind. Ferner wird die Spule leicht ausgetauscht, was die Wartungs- und Garantiekosten senkt.
Ferner sind die übrigen Aktuatorkomponenten mit der Motorseite des Lüfterantriebs einteilig. Dies führt zu einer geringeren Überhangmasse an den Antriebskomponenten, was zu einer höheren Systemresonanzfrequenz und möglichen Verbesserungen der Wasserpumpen- oder Komponentenhaltbarkeit führt. Dies führt auch zu einer kompakten Packung, die die Fahrzeugkosten verbessern kann.
Schließlich könnte in einer anderen Ausführungsform die Menge an Impulsbreitenmodulation für die elektrische Spule derart sein, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, in dem das Ankerventilbauteil 36 den Spalt 80 teilweise bedeckt. Das erzeugte Magnetfeld wäre geringer als das Magnetfeld, das erforderlich ist, um das Ankerventilbauteil vollständig in die zweite Position axial zu verschieben, die den ringförmigen Spalt 80 vollständig öffnet. Diese Position würde eine teilweise Einrückung des Rotors 34 und einen Ausgang mit einer unendlichen Anzahl von mittleren Ausgangsleistungen ermöglichen, um die Menge an Kühlung, die für den Kühler zur Verfügung steht, genauer zu steuern.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin gezeigt und beschrieben wurden, kommen dem Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen in den Sinn. Folglich ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern stattdessen auf die Bestimmungen der beigefügten Ansprüche begrenzt ist.
Zusammenfassung
Ein Viskoselüfterantrieb mit einem an der Vorderseite montierten Lüfter und einer elektrischen Betätigung ohne verdrahteten Kabelstrang. Die mechanische Baugruppe weist eine umgekehrte Viskosekupplung, eine Antriebsriemenscheibe und einen geteilten elektromagnetischen Aktuator auf, wobei der elektrische Abschnitt an einem stationären Montagebauteil montiert ist. Ein axial bewegliches Ventilbauteil steuert die Strömung von viskosem Fluid.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7083032 [0001]

Claims

Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung, die aufweist: ein Ausgangsbauteil mit einem Zentralwellenbauteil; ein Eingangsbauteil, das um das Ausgangsbauteil durch ein Lager montiert ist, wobei das Eingangsbauteil ein Körperbauteil und ein Abdeckbauteil aufweist; ein stationäres Gehäusebauteil, das am Eingangsbauteil durch ein Lager montiert ist; ein Rotorbauteil, das am Ausgangsbauteil montiert ist und innerhalb des Abdeckbauteils und des Körperbauteils enthalten ist, wobei das Körperbauteil und das Rotorbauteil eine Arbeitskammer definieren; ein Reservoirplattenbauteil, das am Eingangsbauteil montiert ist und eine Fluidöffnung darin beherbergt; ein Fluidreservoir, das zwischen dem Reservoirplatten- und dem Körperbauteil definiert ist, wobei das Fluidreservoir eine Menge an viskosem Fluid aufweist; eine Fluidkammer, die zwischen dem Reservoirplatten- und dem Rotorbauteil definiert ist, wobei die Fluidkammer mit der Arbeitskammer fluidtechnisch gekoppelt ist und mit dem Fluidreservoir fluidtechnisch gekoppelt ist; ein Ankerventilbauteil, das mit dem Eingangsbauteil gekoppelt ist, wobei das Ankerventilbauteil in irgendeine von einer unendlichen Anzahl von Positionen zwischen einer ersten Position, einer mittleren Position und einer zweiten Position axial beweglich ist; wobei das bewegliche Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung zu bedecken, wenn sich das Ankerventilbauteil in der zweiten Position befindet, in der die Strömung der Menge von viskosem Fluid vom Fluidreservoir zur Fluidkammer verhindert wird, das Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung teilweise zu bedecken, wenn sich das Ankerventilbauteil in der mittleren Position befindet, in der eine teil weise Strömung der Menge an viskosem Fluid vom Fluidreservoir zur Arbeitskammer ermöglicht wird, um den Rotor und das Ausgangsbauteil teilweise einzurücken, und das Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung im Wesentlichen freizulegen, wenn sich das Ankerventilbauteil in der ersten Position befindet, wodurch eine vollständige Strömung von viskosem Fluid zwischen der Fluidkammer und dem Fluidreservoir ermöglicht wird; eine elektromagnetische Unteranordnung, die an dem stationären Gehäusebauteil montiert ist; eine Leistungsquelle, die mit der elektromagnetischen Unteranordnung elektrisch gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die mit der Leistungsquelle elektrisch gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit die Leistungsquelle anweist, einen elektrischen Strom zur elektromagnetischen Unteranordnung zu liefern, wobei die elektromagnetische Unteranordnung in Reaktion auf den elektrischen Strom ein Magnetfeld induziert, wobei sich das Ankerventilbauteil in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes axial von der ersten Position in die mittlere Position und in die zweite Position bewegen kann.
Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Rücklaufbauteil aufweist, das die Strömung von viskosem Fluid von der Arbeitskammer zur Fluidkammer erleichtert.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Ringmagnetbauteil, das am Ankerventilbauteil befestigt ist, ein äußeres Ankerringbauteil, das am Ankerventilbauteil befestigt ist, und ein Nabenbauteil, das am Körperbauteil befestigt ist, aufweist, wobei das Nabenbauteil eine ringförmige Öffnung zum Eingriff mit dem Ankerringbauteil aufweist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Eingangsbauteil ferner ein durch einen Riemen ange triebenes Riemenscheibenbauteil aufweist, das an dem Körperbauteil befestigt ist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das stationäre Gehäusebauteil eine Wasserpumpe aufweist und das Eingangsbauteil ferner eine Wasserpumpenwelle aufweist, wobei die Wasserpumpenwelle mit der Zentralwelle gekoppelt ist und innerhalb des stationären Gehäusebauteils durch ein Lager montiert ist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner mindestens einen Sensor aufweist, der mit der Steuereinheit elektrisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine Sensor ein elektrisches Signal als Funktion einer gewünschten Motorbetriebsbedingung zur Steuereinheit sendet.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Eingangsbauteil für die Befestigung an einer Wasserpumpe konfiguriert ist und das Ausgangsbauteil zur Befestigung an einem Lüfter konfiguriert ist, wobei sich das Eingangsbauteil mit derselben Drehzahl wie die Wasserpumpe dreht.
Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung, die enthält: ein Ausgangsbauteil mit einem Zentralwellenbauteil; ein Eingangsbauteil, das um das Ausgangsbauteil durch ein Lager montiert ist, wobei das Eingangsbauteil ein Körperbauteil und ein Abdeckbauteil aufweist; ein stationäres Gehäusebauteil, das am Eingangsbauteil durch ein Lager montiert ist; ein Rotorbauteil, das am Ausgangsbauteil montiert ist und innerhalb des Abdeckbauteils und des Körperbauteils enthalten ist, wobei das Körperbauteil und das Rotorbauteil eine Arbeitskammer definieren; ein Reservoirplattenbauteil, das am Ausgangsbauteil montiert ist und eine Fluidöffnung aufweist; ein Fluidreservoir, das zwischen der Reservoirplatte und dem Körperbauteil definiert ist, wobei das Fluidreservoir eine Menge an viskosem Fluid aufweist; eine Fluidkammer, die zwischen dem Reservoirplatten- und dem Rotorbauteil definiert ist, wobei die Fluidkammer mit der Arbeitskammer fluidtechnisch gekoppelt ist und mit dem Fluidreservoir fluidtechnisch gekoppelt ist; ein Ankerventilbauteil, das mit dem Eingangsbauteil gekoppelt ist, wobei das Ankerventilbauteil in irgendeine von einer unendlichen Anzahl von Positionen zwischen einer ersten Position, einer mittleren Position und einer zweiten Position axial beweglich ist; wobei das bewegliche Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung freizulegen, wenn sich das Ankerventilbauteil in der zweiten Position befindet, in der eine Strömung der Menge an viskosem Fluid vom Fluidreservoir zur Fluidkammer ermöglicht wird, das Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung teilweise zu bedecken, wenn sich das Ankerventilbauteil in der mittleren Position befindet, in der eine teilweise Strömung der Menge an viskosem Fluid vom Fluidreservoir zur Arbeitskammer ermöglicht wird, um den Rotor und das Ausgangsbauteil teilweise einzurücken, und das Ankerventilbauteil in der Lage ist, die Fluidöffnung im Wesentlichen zu bedecken, wenn sich das Ankerventilbauteil in der ersten Position befindet, wodurch eine Strömung von viskosem Fluid von der Fluidkammer zum Fluidreservoir verhindert wird; eine elektromagnetische Unteranordnung, die an dem stationären Gehäusebauteil montiert ist; eine Leistungsquelle, die mit der elektromagnetischen Unteranordnung elektrisch gekoppelt ist; eine Steuereinheit, die mit der Leistungsquelle elektrisch gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit die Leistungsquelle anweist, elektrischen Strom zur elektromagnetischen Unteranordnung zu liefern, wobei die elektromagnetische Unteranordnung in Reaktion auf den elektrischen Strom ein Magnetfeld induziert, wobei sich das Ankerventilbauteil in Reaktion darauf in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes von der ersten Position in die mittlere Position und in die zweite Position axial bewegen kann.
Elektronisch gesteuerte Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner ein Rücklaufbauteil aufweist, das die Strömung von viskosem Fluid von der Arbeitskammer zur Fluidkammer erleichtert.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner ein Ringmagnetbauteil, das am Ankerventilbauteil befestigt ist, ein äußeres Ankerringbauteil, das am Ankerventilbauteil befestigt ist, und ein Nabenbauteil, das am Körperbauteil befestigt ist, aufweist, wobei das Nabenbauteil eine ringförmige Öffnung zum Eingriff mit dem Ankerringbauteil aufweist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Eingangsbauteil ferner ein durch einen Riemen angetriebenes Riemenscheibenbauteil aufweist, das an dem Körperbauteil befestigt ist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das stationäre Gehäusebauteil eine Wasserpumpe aufweist und das Eingangsbauteil ferner eine Wasserpumpenwelle aufweist, wobei die Wasserpumpenwelle mit der Zentralwelle gekoppelt ist und innerhalb des stationären Gehäusebauteils durch ein Lager montiert ist.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner mindestens einen Sensor aufweist, der mit der Steuereinheit elektrisch gekoppelt ist, wobei der mindestens eine Sensor als Funktion einer gewünschten Motorbetriebsbedingung ein elektrisches Signal zur Steuereinheit sendet.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Eingangsbauteil für die Befestigung an einer Was serpumpe konfiguriert ist und das Ausgangsbauteil für die Befestigung an einem Lüfter konfiguriert ist, wobei sich das Eingangsbauteil mit derselben Drehzahl dreht wie die Wasserpumpe.
Verfahren zum Steuern der Einrückung einer elektronisch gesteuerten Fluidkopplungsvorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: (a) Ausbilden der elektronisch gesteuerten Fluidkopplungsvorrichtung, die aufweist: ein Ausgangsbauteil mit einem Zentralwellenbauteil; ein Eingangsbauteil, das um das Ausgangsbauteil durch ein Lager montiert ist, wobei das Eingangsbauteil ein Körperbauteil und ein Abdeckbauteil aufweist; ein stationäres Gehäusebauteil, das an dem Eingangsbauteil durch ein Lager montiert ist; ein Rotorbauteil, das an dem Ausgangsbauteil montiert ist und innerhalb des Abdeckbauteils und des Körperbauteils enthalten ist, wobei das Körperbauteil und das Rotorbauteil eine Arbeitskammer definieren; ein Reservoirplattenbauteil, das um das Ausgangsbauteil montiert ist und eine Fluidöffnung aufweist; ein Fluidreservoir, das zwischen dem Reservoirplatten- und dem Körperbauteil definiert ist, wobei das Fluidreservoir eine Menge an viskosem Fluid aufweist; eine Fluidkammer, die zwischen dem Reservoirplatten- und dem Rotorbauteil definiert ist, wobei die Fluidkammer mit der Arbeitskammer fluidtechnisch gekoppelt ist und mit dem Fluidreservoir fluidtechnisch gekoppelt ist; ein Ankerventilbauteil, das mit dem Eingangsbauteil gekoppelt ist, wobei das Ankerventilbauteil zwischen einer ersten Position, einer zweiten Position und mittleren Positionen zwischen der ersten und der zweiten Position axial beweglich ist; wobei das bewegliche Ankerventilbauteil die Fluidöffnung freilegt, wenn sich das Ankerventilbauteil in der ersten Position befindet, und die Fluidöffnung bedeckt, wenn sich die Ankerunteranordnung in der zweiten Position befindet, und die Fluidöffnung in irgendeiner der mittleren Positionen teilweise bedeckt; eine elektromagnetische Unteranordnung, die am stationären Gehäusebauteil montiert ist, wobei die elektromagnetische Unteranordnung eine Spule aufweist; eine Leistungsquelle, die mit der Spule elektrisch gekoppelt ist; eine Steuereinheit, die mit der Leistungsquelle elektrisch gekoppelt ist; und mindestens einen Sensor, der mit der Steuereinheit elektrisch gekoppelt ist; (b) Messen einer Motorbetriebsbedingung unter Verwendung des mindestens einen Sensors bei einer gegebenen Motordrehzahl, wobei die gegebene Motordrehzahl einer Drehzahl des Eingangsbauteils entspricht; (c) Vergleichen der gemessenen Motorbetriebsbedingung mit einem gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereich bei der gegebenen Motordrehzahl; (d) Erzeugen eines elektrischen Stroms innerhalb der Leistungsquelle, wenn die gemessene Motorbetriebsbedingung nicht innerhalb des gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereichs liegt, wobei die Erzeugung des elektrischen Stroms die Spule aktiviert, wobei darin ein Magnetfeld erzeugt wird, wobei das Magnetfeld bewirkt, dass sich das Ankerventilbauteil in Reaktion auf die Stärke des Magnetfeldes von der ersten Position in eine der mittleren Positionen oder die zweite Position bewegt, um die Strömung von viskosem Fluid vom Fluidreservoir zur Arbeitskammer durch die Fluidöffnung zu steuern, um die Drehgeschwindigkeit des Ausgangsbauteils zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei (c) das Vergleichen der gemessenen Motorbetriebsbedingung mit einem gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereich bei der gegebenen Motordrehzahl aufweist: Bestimmen eines gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereichs bei der gegebenen Motordrehzahl aus einer Nachschlagetabelle oder einem Algorithmus, die/der innerhalb der Steuereinheit enthalten ist; Vergleichen der gemessenen Motorbetriebsbedingung mit dem gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereich; und Senden eines elektrischen Signals von der Steuereinheit zur Leistungsquelle, wenn die gemessene Motorbetriebsbedingung nicht innerhalb des gewünschten Motorbetriebsbedingungsbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei (d) das Erzeugen eines elektrischen Stroms das Erzeugen eines Impulsbreitenmodulationssignals innerhalb der Spule als Funktion des von der Steuereinheit empfangenen elektrischen Signals aufweist, wobei das Impulsbreitenmodulationssignal ein Magnetfeld erzeugt, wobei das Ankerventilbauteil sich in Reaktion auf das Magnetfeld von der ersten Position in Richtung der zweiten Position axial bewegt, wobei die erste Position als diejenige definiert ist, in der das Ankerventilbauteil verhindert, dass viskoses Fluid durch die Fluidöffnung strömt, und die zweite Position als diejenige definiert ist, in der das Ankerventilbauteil ermöglicht, dass viskoses Fluid durch die Fluidöffnung strömt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei (d) das Erzeugen eines elektrischen Stroms das Erzeugen eines Impulsbreitenmodulationssignals innerhalb der Spule als Funktion des von der Steuereinheit empfangenen elektrischen Signals aufweist, wobei das Impulsbreitenmodulationssignal ein Magnetfeld erzeugt, wobei sich das Ankerventilbauteil in Reaktion auf das Magnetfeld von der zweiten Position in die erste Position axial bewegt, wobei die erste Position als diejenige definiert ist, in der das Ankerventilbauteil ermöglicht, dass viskoses Fluid durch die Fluidöffnung strömt, und die zweite Position als diejenige definiert ist, in der das Ankerventilbauteil verhindert, dass viskoses Fluid durch die Fluidöffnung strömt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei (d) das Erzeugen eines elektrischen Stroms das Erzeugen eines Impulsbreitenmodulationssignals innerhalb der Spule als Funktion des von der Steuereinheit empfangenen elektrischen Signals aufweist, wobei das Impulsbreitenmodulationssignal ein Magnetfeld erzeugt, wobei sich die Ankerventilunteranordnung in Reaktion auf das Magnetfeld von der ersten Position in die mittlere Position bewegt, wobei die erste Position als diejenige definiert ist, in der das Ventilbauteil ermöglicht, dass viskoses Fluid durch die Fluidöffnung strömt, und die mittlere Position als diejenige definiert ist, in der das Ventilbauteil die Fluidöffnung teilweise bedeckt.
Elektronisch gesteuerte Kopplungsanordnung mit viskosem Fluid für einen Lüfter, die aufweist: (a) ein Ausgangsbauteil mit einer Zentralwelle, das zur Befestigung an einem Lüfterbauteil konfiguriert ist; (b) ein Eingangsbauteil, das an dem Ausgangsbauteil durch ein Lager montiert ist und um das Ausgangsbauteil mit der Eingangsdrehzahl drehbar ist, wobei das Eingangsbauteil ein Körperbauteil und ein Abdeckbauteil aufweist; (c) ein stationäres Montagebauteil, das mit dem Eingangsbauteil durch ein Lager gekoppelt ist; (d) einen Mechanismus zum Zuführen von viskosem Fluid, der innerhalb des Eingangsbauteils angeordnet ist und ein Rotorbauteil, ein Reservoirplattenbauteil mit einer Fluidöffnung, ein Fluidreservoir, eine Fluidkammer, eine Arbeitskammer und eine Menge an viskosem Fluid aufweist; (e) ein elektromagnetisches Bauteil, das am stationären Montagebauteil montiert ist; (f) ein elektromagnetisch betätigtes Ankerventilbauteil zum Steuern des Eingriffs des Ausgangsbauteils mit dem Eingangsbauteil mit viskosem Fluid, wobei das Ankerventilbauteil zum Öffnen, teilweisen Öffnen und Bedecken der Fluidöffnung in Reaktion auf ein durch das elektromagnetische Bauteil erzeugtes Magnetfeld axial beweglich ist; wobei der Betrieb und die Drehzahl eines Lüfters durch die Kopplungsanordnung mit viskosem Fluid ohne Verdrahtungsbauteil gesteuert werden.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 20, die ferner eine Wasserpumpe aufweist, und wobei das Eingangsbauteil mit der Wasserpumpe gekoppelt ist und sich mit derselben Drehzahl wie die Wasserpumpe dreht.
Fluidkopplungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei das stationäre Montagebauteil mit der Wasserpumpe verbunden ist.