可转换机械式冷却剂泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及可转换机械式冷却剂泵(10)，包括：与可旋转转子轴(16)共同旋转并由其支撑的滑轮(12)，其可由内燃机直接驱动；可旋转地支撑在转子轴(16)处的泵轮(18)；电转换的楔形联接的湿摩擦离合器(40)，具有固定到转子轴(16)的离合器支撑件(26)、泵轮(18)近侧的离合器环(30)和可旋转地且可移动地由转子轴(16)支撑的单独的离合器盘(20)，其包括铁磁性元件(21)并且轴向地布置在离合器支撑件(26)和离合器环(30)之间；在通电时在轴向上将离合器盘(20)拉动到离合器支撑件(26)进入脱离位置的固定电磁体(24)；和限定在离合器盘(20)近侧和离合器支撑件(26)远侧的楔形联接机构(22)，其包括楔形元件(36)和配对楔形元件(38)。
【专利说明】可转换机械式冷却剂泵
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种可转换机械式冷却剂泵，其具有由电磁体致动的湿摩擦离合器。【背景技术】
[0002]机械式冷却剂泵由内燃机驱动，冷却剂泵产生用于内燃机的冷却剂流。冷却剂泵设有滑轮，该滑轮由传动带驱动。可转换机械式冷却剂泵设有离合器布置，这使得如果不需要对发动机的有效冷却则可以关闭冷却剂泵，例如在发动机刚冷启动之后。
[0003]摩擦离合器能够是干摩擦离合器，其暴露于环境、仅能够空气冷却并且增大了冷却剂泵的干式部的轴向尺寸。替代地，摩擦离合器能够是湿摩擦离合器，其缺陷在于湿式离合器环境中的磨擦比干式离合器环境中的摩擦低得多。因此，需要更高的致动电力用于使湿摩擦离合器接合。优选地，湿摩擦离合器由电磁布置致动，该电磁布置包括位于一侧的电磁线圈和位于另一侧的铁磁性元件。为允许高磁力，需要昂贵的稀土用于铁磁性元件。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种简单并且成本有效的具有湿摩擦离合器的可转换机械式冷却剂泵。
[0005]根据本发明的可转换机械式冷却剂泵设有滑轮，该滑轮被固定到可旋转的转子轴的一个轴向端，以便滑轮与转子轴共同旋转。滑轮能够由内燃机直接驱动，例如经由传动带或者经由齿轮布置直接驱动。泵轮被可旋转地支撑在转子轴的另一个轴向端，以便泵轮相对于转子轴可旋转但不可轴向移动。
[0006]冷却剂泵设有湿摩擦离合器，湿摩擦离合器被楔形联接并且被电磁致动器电切换。湿摩擦离合器包括离合器支撑件，离合器支撑件被固定到湿泵区段中的转子轴，以便离合器支撑件与转子轴共同旋转，并且不可移动。离合器支撑件用作楔形联接机构的轴向支撑。
[0007]湿式离合器环设置在泵轮的近侧，即泵轮的与冷却剂泵的干侧相对的一侧。离合器环不必要位于横向平面中，但能够从泵轮的远侧接触到。
[0008]单独的湿式离合器盘被设置成由转子轴可旋转且可移动地支撑。离合器盘沿轴向布置在离合器支撑件和离合器环之间。离合器盘设有与泵轮的离合器环面对的离合器表面，以便离合器盘和离合器环在湿泵区段中限定湿摩擦离合器。离合器盘设有铁磁性元件，以便离合器盘能够被电磁场吸引。铁磁性元件能够是在离合器盘主体上的单独元件，或者离合器盘主体本身能够由铁磁材料制成。
[0009]固定的电磁体设置成由固定的泵壳或者泵架支撑并固定在固定的泵壳或者泵架处。电磁体布置成沿轴向尽可能地接近离合器盘的铁磁性元件。当电磁体通电时，即被激活时，其沿轴向吸引离合器盘，以便离合器盘被从泵轮拉离开。因此，由泵轮和离合器盘限定的离合器在电磁体激活时脱离。
[0010]湿摩擦离合器还包括在离合器盘的远侧处以及在离合器支撑件的近侧处限定的楔形联接机构。所述泵的近侧是面向泵轮的一侧，而远侧是面向滑轮的一侧。楔形联接机构包括位于离合器盘或者离合器支撑件处的楔形元件和位于离合器支撑件或者离合器盘处的配对楔形元件。楔形元件和配对楔形元件在轴向上彼此相对，以便它们协作以产生轴向楔力，从而在电磁体未通电且转子轴旋转时，该轴向楔力将离合器盘轴向地推动到接合位置抵靠离合器环。
[0011]当发动机运转时，滑轮和包括离合器支撑件的转子轴以与发动机转速成比例的转速旋转。当电磁体通电时，离合器盘的铁磁性元件和离合器盘本身被轴向地吸引到离合器支撑件。由于离合器盘和泵轮的离合器环不接合，没有相关转矩从离合器盘传送到泵轮。
[0012]当电磁体不通电时，离合器盘的旋转因冷却剂所包围的旋转离合器盘产生的流体阻力而被减速，以便离合器支撑件和离合器盘以不同转速旋转。换句话说，离合器盘相对于离合器支撑件以差速旋转。该差速导致楔形联接机构产生轴向推力，而将离合器盘轴向地推动离开离合器支撑件，以便离合器盘最后被推靠于泵轮的离合器环且由此与之接合。现在泵轮通过离合器盘旋转，离合器盘本身由楔形联接机构旋转。轴向联接力依赖于楔形元件的倾度或者杠杆效应并且依赖于因冷却剂引起的旋转泵轮和离合器盘的流体阻力。泵轮转速越高，则使得泵轮减速的流体阻力越高，以便所述联接机构产生的轴向推力随渐增的转速而增大。
[0013]联接力不是由电磁布置产生，以便电磁体和相应的铁磁性部件与常规的电磁湿式联接布置相比能够被定尺寸用于较小的性能。此外，联接能够实现为湿式联接，以便冷却剂泵的干式部的轴向尺寸能够明显减小。
[0014]由通电的电磁体产生且影响离合器盘的铁磁性元件的轴向磁力旨在克服楔形联接机构产生的轴向力。如果电磁布置被定尺寸为非常紧凑，以便产生的磁力较低，则离合器仅能够在低转速或者如果冷却剂泵保持静止时被脱离。这不一定是明显的缺陷，因为摩擦离合器需要脱离，特别是在发动机的冷启动之后，即在冷却剂泵刚保持静止或者以极低转速旋转之后。如果电磁体失效或者电磁体产生的磁场过弱而不能将离合器盘拉动到脱离位置，则摩擦离合器不再能够脱离，而是保持接合。由此，冷却剂泵是有失效保护的。
[0015]根据本发明的优选实施方式，楔形元件是位于离合器盘处或者离合器支撑件处的整体式楔形斜面。楔形斜面在机械上是简单的，并且能够非常成本有效地实现。配对楔形元件能够实现为开口，实现为沿相反方向定向的第二楔形斜面或者实现为滚动元件。作为配对楔形元件的开口在机械上非常简单，并且能够在轴向联接力不过高时在机械上足够的。作为配对楔形元件的第二楔形斜面同样在机械上相对简单的，并且降低了卡住的危险。作为配对楔形元件的滚动元件明显降低了摩擦，以便能够长时间地确保接合过程和脱离过程的可靠功能。滚动元件能够是轮、球等等。
[0016]优选地，楔形斜面不是线性的，而是遵循针对其功能特别是在接合移动和脱离移动的起始和最终阶段被优化的曲线，因为最终阶段关于卡住是关键的。因此，楔形斜面在其起始段和最终段的倾度应该分别适于高的接合力和脱离力，以避免特别是在初始脱离阶段或者在初始接合阶段中的卡住。
[0017]根据本发明的第二优选实施方式，楔形元件没有实现为某种斜面，而是由杆件实现，其中配对楔形元件是杆件限制器(lever catch)或者第二杆件铰链。杆件的枢轴移动受到限制，以使杆件不能完全地枢转到横向平面并且不能枢转到完全轴向的位置。优选地，枢转范围限于相对于横向平面在10°到80°的范围。当接合阶段开始时，杆件的自由端与相对部件的例如离合器盘的杆件限制器接合。杆件被转动到更为轴向的位置，以便离合器盘被推动离开并且被移动到它的接合位置抵靠泵轮的后侧。该杆件布置避免了任何的卡住危险，且因此是非常可靠的。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]将参考附图描述本发明的三个实施方式，其中
[0019]图1示出了机械式冷却剂泵的第一实施方式，其中楔形联接机构包括整体式楔形斜面和作为配对楔形元件的滚动元件，
[0020]图2示出了冷却剂泵的第二实施方式，其中楔形联接机构包括整体式楔形斜面和作为配对楔形元件的相应开口，和
[0021]图3示出了冷却剂泵的第三实施方式的细节，其中楔形联接机构包括杆件和杆件限制器。
【具体实施方式】
[0022]图1和2示出了可转换机械式冷却剂泵10、10’的两个实施方式的纵向截面。冷却剂泵10、10’适于组装到内燃机中，并且适于由内燃机经由驱动滑轮12的传动带驱动。冷却剂泵10、10’将冷却剂泵送到用于冷却内燃机的冷却剂回路中。
[0023]冷却剂泵10、10’设有金属壳体14，金属壳体14支撑轴承模块44。轴承模块44支撑可旋转的转子轴16，转子轴16设有与转子轴16共同旋转的滑轮12。滑轮12和转子轴16始终以与驱动发动机的转速成比例的转速旋转。滑轮12设置在转子轴16的远端。
[0024]在转子轴16的相反的近端，设置有相对于转子轴16可旋转但不可轴向移动的泵轮18。泵轮18基本上包括圆形底板19和从底板19在近端方向上轴向地伸出的泵叶片17。泵轮18的远侧设有与底板19的外周邻近的离合器环30。
[0025]转子轴16支撑离合器支撑件26，离合器支撑件26被固定到转子轴16以便离合器支撑件26与转子轴16共同旋转。离合器支撑件26从转子轴16径向地延伸，并且用作楔形联接机构22、22’的一侧的轴向支撑。最后，转子轴16支撑相对于转子轴16可自由旋转且可移动的离合器盘20。离合器盘20设有位于其近侧的摩擦表面，其中该摩擦表面适于与泵轮18的离合器环30协作，摩擦表面和离合器环30由此限定摩擦离合器表面对。离合器盘20的底板由铁磁性钢制成。
[0026]壳体14和轴密封件42将冷却剂泵10、10’的干区段13从湿区段15隔开。在湿区段15中，存在冷却剂且冷却剂填充每个间隙。壳体14支撑固定的电磁体24,该电磁体24实现为湿区段15中的圆环形线圈并且径向地包围离合器支撑件26。电磁体24由电子冷却控制模块(未示出)控制并且在电磁体24通过冷却控制模块的电能而被通电时轴向地吸引离合器盘20。
[0027]冷却剂泵10、10’设有湿摩擦离合器40; 40’，该湿摩擦离合器包括摩擦离合器表面对、电磁体24和楔形联接机构22、22’。
[0028]图1的第一实施方式的楔形联接机构22包括三个楔形元件36，该三个楔形元件36实现为位于离合器盘20的远侧21处的三个整体式楔形斜面，并且包括三个相应的配对楔形元件38，该三个相应的配对楔形元件38实现为围绕径向旋转轴旋转的柱形滚动元件。楔形元件36以及相应的配对楔形元件38相对于彼此以120°的角距离对称地布置。楔形元件36是离合器盘20的整体部分，并且设有相对于横向平面的非线性倾度。楔形元件36的局部倾度在第一区段中能够是较低的，在中间区段是比较高，而在最终区段中再次较低。楔形元件36的有效轴向高度比离合器盘20和泵轮18之间的最大轴向间隙更高，以便离合器盘20仅能够相对于泵轮18在120°的范围中旋转。
[0029]如果电磁体24未通电并且滑轮12、转子轴16和离合器支撑件26以与发动机转速成比例的转速旋转，则离合器盘20由楔形联接机构22以同样的转速拉动，其中离合器盘20的旋转因在冷却剂中旋转的离合器盘20的流体阻力而略被阻滞。离合器盘20相对于离合器支撑件26的轻微阻滞导致配对楔形元件38接合楔形元件36，以便离合器盘20朝向泵轮18轴向地推动到近端方向，直至离合器盘20和泵轮18的摩擦表面接触，由此接合离合器盘20。一旦离合器盘20接合，则泵轮18与离合器盘20共同旋转，其中在冷却剂中旋转的泵轮18产生明显增大的流体阻力。流体阻力越高，则楔形联接机构22产生的轴向联接力越闻。
[0030]如果摩擦离合器40应该脱离，则电磁体24通电以便铁磁性离合器盘20在轴向远端方向上被电磁体24吸引。影响离合器盘20的轴向磁力非常高，从而楔形联接机构22产生的轴向近端力能够至少在低转速下被克服。但是，电磁体24和离合器盘20产生的磁力至少足够高，以在转子轴16的转速为零时以高可靠性吸引离合器盘20，以便摩擦离合器40能够在发动机起动之前脱离。当起动冷态发动机时，如果冷却剂泵关掉，只要冷却剂尚未达到工作温度，则预热过程被明显缩短。因此，如果摩擦离合器40仅能够在转子轴16保持静止时可靠地脱离，则对于大多数应用，这能够是足够的。
[0031]在图2所示的冷却剂泵10’的第二实施方式中，摩擦离合器40’、并且具体地、楔形联接机构22’被构造成简单的并且不包括滚动元件。离合器支撑件26’设有形成为整体式楔形斜面的三个整体式楔形元件60。配对楔形元件62是离合器盘20’中的三个相应的圆形开口，以便楔形元件60和相应开口的相应边缘限定楔形联接机构22’。所述开口边缘能够倾斜或者倒圆以减小摩擦。离合器支撑件26’设有轴向预加载弹簧64，弹簧64将离合器盘20’推动到接合位置。预加载弹簧64改进了离合器接合的倾向性，特别是在低转速下的倾向性，并且在转子轴16保持静止时提供了摩擦离合器的自动接合。
[0032]在图3中，示出了楔形联接机构22’’的另一替代实施方式，其中离合器支撑件54设有限定楔形元件的三个枢转杆件50，该杆件由相应的铰链56支撑在离合器支撑件54处。各杆件50的枢转范围由离合器支撑件54的相应的杆件制动器57、58限制到相对于横向平面的50°到85°的范围。杆件50的自由近端杆件头部51接合相应的杆件限制器52，杆件限制器52形成为沿离合器盘20’’的圆周方向定向的纵向邻接。当电磁体未通电且转子轴旋转时，杆件头部51滑动到相应的杆件限制器52中并且枢转到更为轴向的定向，由此将离合器盘20’’推靠于泵轮上。这一楔形联接机构22’’提供了高的轴向离合器啮合力和相对低的致动力，且因此提供了高且长期的机械可靠性。
【权利要求】
1.可转换机械式冷却剂泵(10)，包括 滑轮(12)，所述滑轮(12)与可旋转的转子轴(16)共同旋转并且由所述可旋转的转子轴(16)支撑，所述滑轮(12)能够由内燃机直接驱动， 泵轮(18)，所述泵轮(18)被可旋转地支撑在所述转子轴(16)处， 电转换的楔形联接的湿摩擦离合器(40)，具有 离合器支撑件(26)，所述离合器支撑件(26)被固定到所述转子轴(16)， 离合器环(30)，所述离合器环(30)位于所述泵轮(18)的近侧，和单独的离合器盘(20)，所述离合器盘(20)可旋转地且可移动地由所述转子轴(16)支撑，所述离合器盘(20)包括铁磁性元件(21)并且轴向地布置在所述离合器支撑件(26)和所述离合器环(30)之间， 固定的电磁体(24)，所述电磁体(24)在通电时在轴向上将所述离合器盘(20)拉动到所述离合器支撑件(26)进入脱离位置，和 楔形联接机构(22)，所述楔形联接机构(22)限定在所述离合器盘(20)的近侧和所述离合器支撑件(26)的远侧，所述楔形联接机构(22)包括: 楔形元件(36)，所述楔形元件(36)位于所述离合器盘(20)或者所述离合器支撑件处，和 配对楔形元件(38)，所述配对楔形元件(38)位于所述离合器支撑件(26)或者所述离合器盘处， 当所述电磁体(24)未通电并且所述转子轴(16)旋转时，所述楔形元件(36)和所述配对楔形元件(38)产生轴向的楔力，从而在轴向上将所述离合器盘(20)推动到接合位置抵靠所述离合器环(30)。
2.根据权利要求1所述的可转换机械式冷却剂泵(10)，其中，所述楔形元件(36)是整体式楔形斜面。
3.根据权利要求2所述的可转换机械式冷却剂泵(10)，其中，所述整体式楔形斜面(36)不是线性的。
4.根据前述权利要求中一项所述的可转换机械式冷却剂泵(10)，其中，配对楔形元件(38)是滚动元件。
5.根据前述权利要求中一项所述的可转换机械式冷却剂泵(10)，其中，所述楔形元件(50)是杆件，并且所述配对楔形元件是杆件限制器(52)或者杆件铰链。
6.根据前述权利要求中一项所述的可转换机械式冷却剂泵(10)，其中，设置有预加载弹簧(64)，用以将所述离合器盘(20)推动到所述接合位置。
【文档编号】F16D27/112GK103827502SQ201280044574
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2011年9月13日
【发明者】J.C.施耐德, L.菲尼多里, A.金思特, T.施万德 申请人:皮尔伯格泵技术有限责任公司