DE102007015053A1

DE102007015053A1 - Fluid clutch i.e. viscous clutch, for drive train of road vehicle, has working chamber that is emptyable completely or upto preset balance fluid quantity, and auxiliary chamber connected with chamber by fluid-conductive connection

Info

Publication number: DE102007015053A1
Application number: DE200710015053
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Kley
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-09

Abstract

The clutch has a drivable primary wheel (1) and a secondary wheel (2) drivable by the primary wheel. The wheels together form a working chamber (3) that causes a transmission of a drive power from the primary wheel to the secondary wheel upon filling with a fluid i.e. rheological fluid, whose viscosity is changeable by applying a magnetic/electrical field. The working chamber is selectively emptyable completely or upto a preset balance fluid quantity. An auxiliary chamber is connected with the working chamber by a fluid-conductive connection. An independent claim is also included for a method for controlling a fluid clutch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidkupplung mit einem von einem Primärrad und einem Sekundärrad gemeinsam gebildeten Arbeitsraum, in welchem ein Fluid zur Übertragung von Antriebsleistung von dem Primärrad auf das Sekundärrad dient. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Fluidkupplung.The The present invention relates to a fluid coupling with one of a primary wheel and a secondary wheel jointly formed working space in which a fluid for transmission of drive power from the primary wheel to the secondary wheel. Further The present invention relates to a method for controlling a such fluid coupling.

Fluidkupplungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Zu ihnen zählen beispielsweise hydrodynamische Kupplungen, bei welchen durch Beschleunigung des Fluids radial nach außen mittels des drehend angetriebenen Primärrads eine Kreislaufströmung des Fluids in einem Arbeitsraum ausgebildet wird, wobei das Fluid aufgrund der Kreislaufströmung aus dem Primärrad in das Sekundärrad und wieder zurück strömt, und mittels der Kreislaufströmung Antriebsleistung beziehungsweise Drehmoment hydrodynamisch vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragen wird. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte Viskokupplung, bei welcher die Antriebsleistungsübertragung von dem Primärrad auf das Sekundärrad nicht hydrodynamisch über einen Arbeitsmediumkreislauf, sondern viskos durch mit dem Fluid im Arbeitsraum übertragene Scherkräfte erfolgt. Beispielsweise weist eine solche Viskokupplung, wie sie die vorliegende Kupplung gemäß einer besonderen Ausführungsform betrifft, ein Primärrad mit einer Verzahnung oder Lamellen auf, die mit entsprechend komplementär geformten Aussparungen im Sekundärrad einen vergleichsweise engen Spalt oder Spalte ausbilden, der/die mit dem Fluid befüllt ist/sind, so dass das Fluid vom Primärrad in Umfangsrichtung der Kupplung beschleunigt wird und das Sekundärrad sozusagen mitreißt.fluid couplings The type mentioned above are known. These include, for example hydrodynamic couplings, in which by acceleration of the Fluids radially outward by means of the rotationally driven primary wheel a circulation flow of Fluids is formed in a working space, wherein the fluid due the circulation flow from the primary wheel in the secondary wheel and back again flows, and by means of the circulation flow Drive power or torque hydrodynamically from the primary wheel transmit the secondary wheel becomes. Another embodiment is a so-called viscous coupling, in which the drive power transmission from the primary wheel on the secondary wheel not hydrodynamically over a working medium circuit, but viscous through with the fluid transferred in the workspace shear he follows. For example, such a viscous coupling, such as the present coupling according to one particular embodiment concerns a primary wheel with a toothing or lamellae, which with correspondingly complementarily shaped recesses in the secondary wheel form a comparatively narrow gap or column, the / filled with the fluid is / are, so that the fluid from the primary wheel in the circumferential direction of Clutch is accelerated and the secondary wheel, so to speak entrains.

Bei gattungsgemäßen Fluidkupplungen spielt somit die Viskosität des Fluids eine tragende Rolle für das Übertragungsverhalten, das heißt für die vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragene Antriebsleistung. Bei Viskokupplungen bedeutet dies, dass je höher die Viskosität des Fluids ist, desto geringer ist der Schlupf beziehungsweise der Drehzahlunterschied zwischen dem Primärrad, das beispielsweise von einem Motor angetrieben wird, und dem Sekundärrad, das beispielsweise mit einer Arbeitsmaschine oder – bei Verwendung der Kupplung in einem Kraftfahrzeug – mit Antriebsrädern verbunden ist. Durch die Verwendung eines rheologischen Fluids als Arbeitsmedium der Fluidkupplung kann die Viskosität des Fluids im Betrieb der Kupplung geändert werden, insbesondere durch Aufbringen eines magnetischen oder eines elektrischen Feldes. Mittels eines magnetischen Feldes ist die Viskosität eines sogenannten magnetorheologischen Fluids (MRF) veränderbar, mittels einem elektrischen Feld die Viskosität eines elektrorheologischen Fluids (ERF). Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidkupplungen mit jeglichem rheologischem Fluid beziehungsweise jeglicher rheologischen Flüssigkeit als Arbeitsmedium im Arbeitsraum der Kupplung.at generic fluid couplings plays thus the viscosity of the fluid a supporting role for the transmission behavior, this means for the from the primary wheel transmitted to the secondary wheel drive power. For viscous couplings, this means that the higher the viscosity of the fluid is, the lower the slip or the speed difference between the primary wheel, which is driven for example by a motor, and the secondary wheel, the for example, with a working machine or - when using the clutch in a motor vehicle - with drive wheels connected is. By using a rheological fluid as Working fluid of the fluid coupling, the viscosity of the fluid changed during operation of the clutch be, in particular by applying a magnetic or a electric field. By means of a magnetic field, the viscosity of a so-called Magnetorheological fluid (MRF) changeable, by means of an electric Field the viscosity an electrorheological fluid (ERF). The present invention relates to fluid couplings with any rheological fluid or any rheological fluid as a working medium in the working space of the coupling.

Obwohl herkömmlich bei Viskokupplungen mit rheologischem Fluid, auch als rheologische Viskokupplungen bezeichnet, bereits eine sehr komfortable Steuerung beziehungsweise Regelung der Antriebsleistungsübertragung vom Primärrad auf das Sekundärrad erreicht wird, und somit sowohl Anfahrvorgänge mittels der Kupplung schonend und verschleißfrei bei einer niedrigen Viskosität und bei einer hohen Viskosität eine Leistungsübertragung, insbesondere im stationären Bereich, mit hohem Wirkungsgrad erreicht werden können, ist der Einsatz herkömmlicher rheologischer Fluidkupplungen in solchen Antriebssträngen mit Nachteilen verbunden, bei welchen eine Arbeitsmaschine nicht nur verschleißfrei angefahren und mit hohem Wirkungsgrad angetrieben werden soll, sondern in bestimmten Betriebszuständen stillgesetzt beziehungsweise nicht angetrieben werden soll, jedoch die Antriebsmaschine beziehungsweise der Motor auch in diesen Betriebszuständen umläuft. Hier muss nämlich entweder neben der Viskokupplung eine zusätzliche schaltbare Trennkupplung im Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und der Arbeitsmaschine vorgesehen sein, oder die Antriebsmaschine muss mechanisch ausreichend festgesetzt werden, wobei stets eine Restantriebsleistung auf die Arbeitsmaschine übertragen wird, die eine Verlustleistung darstellt.Even though conventional Viscous couplings with rheological fluid, also known as rheological fluid Viscous couplings already called a very comfortable control or regulation of the drive power transmission from the primary wheel the secondary wheel is achieved, and thus gentle both starting operations by means of the clutch and wear-free at a low viscosity and at a high viscosity a power transmission, especially in stationary Range that can be achieved with high efficiency is the use of conventional rheological fluid couplings in such drive trains with Disadvantages associated with which a work machine not only wear approached and driven with high efficiency, but in certain operating conditions shut down or not to be driven, however the engine or the engine rotates in these operating conditions. Here must be either an additional switchable disconnect coupling next to the viscous coupling in the drive train between the prime mover and the working machine be provided, or the prime mover must be mechanically sufficient be set, with always a residual drive power on the Transfer working machine which represents a power loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidkupplung, insbesondere eine Viskokupplung, anzugeben, welche neben den Vorteilen des schonenden und verschleißfreien Anfahrens und einer wirkungsgradoptimalen Leistungsübertragung auch die genannte Verlustleistung reduziert oder vollständig eliminiert. Insbesondere sollen der Aufbau und der Betrieb einer solchen Fluidkupplung einfach, kostengünstig und möglichst wartungsarm sein.Of the Invention is based on the object, a fluid coupling, in particular a viscous coupling, indicating which in addition to the benefits of gentle and wear-free Starting and an efficiency-optimal power transmission also reduced or completely eliminated said power loss. In particular, the structure and operation of such a fluid coupling simple, inexpensive and as possible be low maintenance.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Fluidkupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern einer solchen Fluidkupplung mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The inventive task is achieved by a fluid coupling with the features of claim 1 and a method for controlling such a fluid coupling with the features of claim 8 solved. In the dependent claims are advantageous and particularly advantageous embodiments of the invention specified.

Die erfindungsgemäße Fluidkupplung, die insbesondere als Viskokupplung ausgeführt ist, jedoch beispielsweise auch eine hydrodynamische Kupplung der eingangs genannten Art darstellen kann, weist ein antreibbares Primärrad auf, das beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor in eine Triebverbindung geschaltet werden kann. Das Primärrad treibt über ein Fluid ein Sekundärrad an. Das Fluid ist hierzu in einen Arbeitsraum eingefüllt, der von dem Primärrad und dem Sekundärrad gemeinsam gebildet wird. Der Arbeitsraum ist insbesondere torusförmig.The fluid coupling according to the invention, which is designed in particular as a viscous coupling, but for example, can also represent a hydrodynamic coupling of the type mentioned, has a drivable primary, which can be connected for example with an internal combustion engine in a drive connection. The primary wheel drives a secondary wheel via a fluid. For this purpose, the fluid is filled in a working space which is common to the primary wheel and the secondary wheel sam is formed. The working space is in particular torus-shaped.

Das Fluid ist ein rheologisches Fluid, das heißt, die Viskosität des Fluids kann durch Aufbringen eines magnetischen und/oder eines elektrischen Feldes auf das Fluid verändert werden. Insbesondere nimmt die Viskosität mit zunehmender Feldstärke zu, so dass in einem feldfreien Zustand oder einem Zustand mit einem vergleichsweise schwachen Feld das Fluid flüssig ist beziehungsweise sich wie ein Newton-Fluid verhält, und in einem Zustand mit einer vergleichsweise großen Feldstärke zäh und pastös wird beziehungsweise die Eigenschaften eines Bingham-Fluids aufweist. Man könnte auch sagen, das Fluid weist im nicht durch ein Feld beaufschlagten Zustand die Konsistenz einer Flüssigkeit auf, wohingegen es im feldbeaufschlagten Zustand in der Lage ist, zwei Oberflächen aneinander zu binden oder miteinander zu verkleben.The Fluid is a rheological fluid, that is, the viscosity of the fluid can by applying a magnetic and / or an electric field changed to the fluid become. In particular, the viscosity increases with increasing field strength, so that in a field-free state or state with a comparatively weak field, the fluid is liquid or how a Newtonian fluid behaves, and in a state with a comparatively large field strength becomes tough and pasty respectively has the properties of a Bingham fluid. You could too say the fluid is in the non-field applied state the consistency of a liquid while in the field-stressed state it is able to two surfaces to bind to each other or stick together.

Das Verbinden beziehungsweise Verkleben kann durch Teilchen in dem Fluid erreicht werden, die durch die elektrische Ladung beziehungsweise durch Beaufschlagen mit dem elektrischen oder magnetischen Feld Ketten bilden, die sich parallel zu dem elektrischen oder magnetischen Feld ausrichten. Die Kraft der Verbindung beziehungsweise Verklebung der beiden Oberflächen aneinander mittels dem rheologischen Fluid hängt von der Feldstärke des aufgebrachten Feldes ab.The Bonding may be by particles in the fluid be achieved by the electric charge respectively by applying to the electric or magnetic field Form chains that are parallel to the electrical or magnetic Align box. The force of the connection or bonding of the both surfaces to each other by means of the rheological fluid depends on the field strength of the applied field from.

Die Änderung in der Viskosität des Fluids kann in wenigen Millisekunden stattfinden, und der Vorgang der Verfestigung des Fluids ist reversibel.The change in viscosity of the fluid can take place in a few milliseconds, and the process the solidification of the fluid is reversible.

Um nun neben der gezielten Verfestigung und Verflüssigung des Fluids in dem Arbeitsraum zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad der erfindungsgemäßen Fluidkupplung, um das Übertragungsverhalten der Fluidkupplung zu steuern oder zu regeln, auch eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Unterbrechung der Antriebsleistungsübertragung vom Primärrad auf das Sekundärrad zu ermöglichen, ist der Arbeitsraum erfindungsgemäß von dem Fluid wahlweise vollständig und/oder bis auf eine vorgegebene Restfluidmenge entleerbar. Durch diese Entleerung wird die Triebverbindung zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad erheblich geschwächt oder vollständig unterbrochen. Bei einem Antriebsstrang mit einer von einer Antriebsmaschine über die Fluidkupplung angetriebenen Arbeitsmaschine oder in einem Fahrzeug mit über die Fluidkupplung angetriebenen Fahrzeugrädern kann somit die Antriebsmaschine permanent mit dem Primärrad der Fluidkupplung in einer Triebverbindung gekoppelt sein kann, und die Unterbrechung des Leistungsflusses zwischen der Antriebsmaschine und der Arbeitsmaschine beziehungsweise den Rädern unmittelbar in der Fluidkupplung bewirkt werden. Eine zusätzliche Trennkupplung in dem Antriebsstrang kann somit vorteilhaft entfallen.Around now in addition to the targeted solidification and liquefaction of the fluid in the working space between the primary wheel and the secondary wheel the fluid coupling according to the invention, about the transmission behavior To control or regulate the fluid coupling, also a complete or essentially complete Interruption of the drive power transmission from the primary wheel the secondary wheel to enable is the working space according to the invention of the fluid optionally complete and / or emptied to a predetermined amount of residual fluid. Through this Draining becomes the drive connection between the primary wheel and the secondary wheel considerably weakened or completely interrupted. In a powertrain with one of a prime mover on the Fluid coupling driven working machine or in a vehicle with more than the fluid coupling driven vehicle wheels can thus the prime mover permanently with the primary wheel of Fluid coupling can be coupled in a drive connection, and the interruption of the power flow between the prime mover and the work machine or the wheels directly in the fluid coupling be effected. An additional Disconnect coupling in the drive train can thus be advantageously eliminated.

Innerhalb der Fluidkupplung oder außerhalb derselben kann ein Nebenraum vorgesehen sein, der der Aufnahme des Fluids dient, das sich zur Zeit nicht im Arbeitsraum der Fluidkupplung befindet beziehungsweise in welchen das Fluid aus dem Arbeitsraum entleerbar ist. Unter Nebenraum ist dabei nicht nur ein einteiliger gegenüber der Umgebung abgeschlossener Raum zu verstehen, sondern auch Leitungssysteme beziehungsweise ein externer Fluidkreislauf, insbesondere mit einem oder mehreren Vorratsbehältern, können einen solchen Nebenraum darstellen.Within the fluid coupling or outside the same may be provided an adjoining room, the inclusion of the fluid serves, which is currently not in the working space of the fluid coupling is located or in which the fluid from the working space can be emptied. Subspace is not just a one-piece across from To understand the environment enclosed space, but also management systems or an external fluid circuit, in particular with a or several storage containers, can to represent such an adjoining room.

Der Nebenraum ist mit dem Arbeitsraum über eine fluidleitende Verbindung verbunden, wobei eine solche Leitung, wenn der Nebenraum unmittelbar neben beziehungsweise benachbart zu dem Arbeitsraum angeordnet ist, auch sehr kurz sein kann, bis hin zu einem fließenden Übergang vom Arbeitsraum in den Nebenraum, beispielsweise durch Vorsehen von einer oder mehreren Bohrungen. Die fluidleitende Verbindung kann beispielsweise zwei Abschnitte umfassen, einen ersten Abschnitt zum Ableiten von Fluid aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum, und einen zweiten Abschnitt zum Leiten von Fluid aus dem Nebenraum in den Arbeitsraum.Of the Secondary room is connected to the working space via a fluid-conducting connection connected, such a line, when the adjoining room immediately is arranged next to or adjacent to the working space, can also be very short, up to a smooth transition from the workspace in the adjoining room, for example by providing one or more Holes. The fluid-conducting connection may, for example, two Portions include a first section for draining fluid from the workroom to the adjoining room, and a second section for passing fluid from the side room into the work space.

Besonders vorteilhaft ist in der fluidleitenden Verbindung ein schaltbares Ventil vorgesehen, um die fluidleitende Verbindung wahlweise zu öffnen und zu versperren. Das Öffnen und Versperren umfassen dabei sowohl ein teilweises Öffnen und Versperren als auch ein vollständiges Öffnen und Versperren der fluidleitenden Verbindung. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Ventil als Auf-/Zu-Ventil ausgeführt, das ausschließlich zwei schaltbare Betriebszustände, nämlich den geöffneten und den geschlossenen Zustand aufweist.Especially Advantageously, a switchable in the fluid-conducting connection Valve provided to selectively open the fluid-conducting connection and to block. The opening and locking include both a partial opening and Lock as well as a full open and Blocking the fluid-conducting connection. According to an alternative embodiment the valve is designed as open / close valve, the only two switchable operating states, namely the opened one and the closed state.

Wenn das Ventil in einer Leitung vorgesehen ist, die dem Zuführen von Fluid aus dem Nebenraum in den Arbeitsraum dient, kann das Ventil als Einlassventil bezeichnet werden. Wenn das Ventil in einer Leitung vorgesehen ist, die dem Ableiten von Fluid aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum dient, kann das Ventil als Auslassventil bezeichnet werden. Insbesondere bei der genannten Ausführungsform mit einer fluidleitenden Verbindung mit zwei Abschnitten kann sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil vorgesehen sein, die insbesondere unabhängig voneinander ansteuerbar sind.If the valve is provided in a conduit which is suitable for supplying Fluid from the adjoining room serves in the working space, the valve can be referred to as an inlet valve. When the valve in a line is provided, which is the discharge of fluid from the working space in serves the side room, the valve may be referred to as an outlet valve become. In particular, in the aforementioned embodiment with a fluid-conducting Connection with two sections can be both an inlet valve as also be provided an exhaust valve, in particular independently are controllable.

Die Ansteuerung beziehungsweise das Schalten des Einlassventils und/oder des Auslassventils erfolgt vorteilhaft mit demselben Feld, mit welchem auch die Viskosität des rheologischen Fluids im Arbeitsraum der Fluidkupplung veränderbar ist. Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das Ventil einen Ventilkörper, beispielsweise aus Metall, aufweisen, der insbesondere in eine erste Richtung vorgespannt ist, beispielsweise mittels einer Druck- oder Zugfeder, und durch Aufbringen des Feldes in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung bewegt werden kann, um einen Strömungsquerschnitt für Fluid aus dem Arbeitsraum oder für Fluid, das in den Arbeitsraum strömt, zu öffnen und zu verschließen. Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann das rheologische Fluid selbst als Ventilkörper wirken, indem es durch ein entsprechend aufgebrachtes Feld auf den Strömungsquerschnitt im Ventil wahlweise verfestigt wird und so den Strömungsquerschnitt verschließt. Bei dem Fluid kann es sich vorteilhaft um eben jenes rheologische Fluid handeln, das aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum oder umgekehrt durch das Ventil strömt.The control or the switching of the inlet valve and / or the outlet valve is advantageously carried out with the same field, with which the viscosity of the rheological fluid in the working space of the fluid coupling is variable. Ge According to a first embodiment, the valve may comprise a valve body, for example of metal, which is biased in particular in a first direction, for example by means of a compression or tension spring, and can be moved by applying the field in a second direction opposite to the first direction, to open and close a flow area for fluid from the working space or for fluid flowing into the working space. According to a second embodiment, the rheological fluid itself can act as a valve body by being selectively solidified by a correspondingly applied field on the flow cross-section in the valve and thus closes the flow cross-section. The fluid may advantageously be just that rheological fluid which flows from the working space into the secondary space or vice versa through the valve.

Um ein einzelnes Ansteuern des oder der Ventile und des rheologischen Fluids im Arbeitsraum zu ermöglichen, sind verschiedene Maßnahmen denkbar. Zum einen kann über eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts in einem Ventil das Ansprechverhalten hin zu größeren Feldstärken verschoben werden, das heißt, das Ventil schließt durch Erstarren der rheologischen Flüssigkeit in dem Strömungsquerschnitt erst bei einer vergleichsweise größeren Feldstärke, wenn ein größerer Strömungsquerschnitt vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Ventil auch stärker gegenüber dem Feld abgeschirmt beziehungsweise isoliert werden als das zweite Ventil und/oder der Arbeitsraum, um ein Ansprechen beziehungsweise Verschließen des Strömungsquerschnitts erst bei vergleichsweise größeren Feldstärken zu bewirken. Bei Vorsehen eines Einlassventils und eines Auslassventils oder allgemein von mehreren Ventilen können die Ventile hinsichtlich dieser Parameter und hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens abweichend zueinander gestaltet sein.Around a single driving of the valve (s) and the rheological To allow fluids in the workspace Various measures are conceivable. For one thing, over an enlargement of the Flow area shifted the response in a valve to larger field strengths be, that is, the valve closes by solidification of the rheological fluid in the flow cross-section only at a comparatively larger field strength, if a larger flow area is provided. Alternatively or additionally, a valve can also stronger across from the field shielded or insulated as the second Valve and / or the working space to a response respectively close of the flow cross section only with comparatively larger field strengths cause. With provision of an intake valve and an exhaust valve or more generally of several valves, the valves can with regard to this parameter and with respect to their response behavior be designed to each other.

Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Feldern vorzusehen, von denen jedes einer „Komponente" zugeordnet ist, beispielsweise ein erstes Feld für das Einlassventil, ein zweites Feld für das Auslassventil und ein drittes Feld für den Arbeitsraum. Selbstverständlich sind auch Zwischenlösungen denkbar, beispielsweise ein gemeinsames Feld für den Arbeitsraum und das Einlassventil und ein getrenntes Feld für das Auslassventil, oder andere Kombinationen.Of course it is it also possible to provide a plurality of individually controllable fields of each of which is associated with a "component", For example, a first field for the intake valve, a second field for the exhaust valve and a third one Field for the workroom. Of course they are also intermediate solutions conceivable, for example, a common field for the working space and the inlet valve and a separate field for the exhaust valve, or other combinations.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer entsprechenden Fluidkupplung sieht vor, zum einen die Viskosität des Fluids im Arbeitsraum durch Variieren der Feldstärke eines auf dieses Fluid aufgebrachten magnetischen und/oder elektrischen Feldes zu ändern, um die Antriebsleistungsübertragung von dem Primärrad auf das Sekundärrad zu variieren, insbesondere gezielt zu steuern oder zu regeln. Um die Antriebsleistungsübertragung vollständig oder im wesentlichen zu unterbrechen, wird erfindungsgemäß der Arbeitsraum in vorgegebenen Betriebszuständen von dem Fluid vollständig oder bis auf eine vorgegebene Restfluidmenge entleert.The inventive method for controlling a corresponding fluid coupling provides, on the one hand the viscosity of the fluid in the working space by varying the field strength of a on this fluid applied magnetic and / or electric field to change, about the drive power transmission from the primary wheel on the secondary wheel to vary, in particular to control or regulate specifically. Around the drive power transmission Completely or to interrupt substantially, the working space according to the invention in predetermined operating conditions completely from the fluid or deflated to a predetermined amount of residual fluid.

Bei Aufbringen eines elektrischen Feldes als Stellgröße für die Viskositätseinstellung kann zur Verhinderung eines Funkenschlags zwischen den verschiedenen elektrisch geladenen Teilen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, die Beaufschlagung des Arbeitsraums beziehungsweise allgemein der Fluidkupplung mit dem elektrischen Feld in Betriebszuständen zu vermeiden, bei welchen der Arbeitsraum teilweise und/oder vollständig von Fluid entleert ist. Hierzu kann vor einer Entleerung des Arbeitsraums das Feld abgeschaltet oder bis auf einen vorgegebenen Wert reduziert werden. Ein erneutes Verstärken beziehungsweise Zuschalten des Feldes findet vorteilhaft erst dann statt, wenn ein vorbestimmter Füllungsgrad des Arbeitsraums mit Fluid beziehungsweise der maximal einstellbare Füllungsgrad erreicht ist.at Applying an electric field as a manipulated variable for the viscosity adjustment can help prevent a spark between the different ones electrically charged parts according to the method of the invention be provided, the admission of the work space or generally the fluid coupling with the electric field in operating conditions avoid, in which the work space partially and / or completely from Fluid is drained. This can be done before emptying the workspace the field is turned off or reduced to a predetermined value become. A renewed amplification or connecting the field takes advantage only then instead, if a predetermined degree of filling the working space with fluid or the maximum adjustable degree of filling is reached.

Bei einer Ausführung der Fluidkupplung als Viskokupplung kann diese beispielsweise ein Primärrad (oder Sekundärrad) mit einer Vielzahl von insbesondere in Umfangsrichtung verlaufenden Lamellen oder Zähnen aufweisen, die in entsprechende Aussparungen im Sekundärrad (oder Primärrad) unter Beibehaltung eines fluidbefüllten Spaltes eingreifen. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen denkbar, beispielsweise mit einer einfachen, insbesondere ebenen Scheibe als Primärrad oder Sekundärrad, die von einem entsprechend durch das Sekundärrad beziehungsweise Primärrad ausgebildeten, insbesondere zylinderförmigen Hohlraum unter Beibehaltung eines fluidgefüllten Spaltes umschlossen wird.at an execution the fluid coupling as a viscous coupling, this example, a primary wheel (or secondary wheel) with a plurality of running in particular in the circumferential direction Slats or teeth have in corresponding recesses in the secondary (or primary wheel) intervene while maintaining a fluid-filled gap. Of course they are also other embodiments conceivable, for example, with a simple, especially flat Disc as a primary wheel or secondary wheel, the one formed by a correspondingly by the secondary wheel or primary wheel, in particular cylindrical Cavity is enclosed while maintaining a fluid-filled gap.

Gemäß einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist die Fluidkupplung in einem Antriebsstrang zwischen einem Antriebsmotor, insbesondere Verbrennungsmotor, und einem Verdichter, insbesondere Luft- oder Gasverdichter, beispielsweise in Form eines Kolbenverdichters, angeordnet beziehungsweise wird ein Druckluftsystem, insbesondere Kraftfahrzeugdruckluftsystem, beispielsweise eines Straßenfahrzeugs, mit einem solchen Antriebsstrang ausgebildet, wobei der Motor insbesondere zugleich dem Antrieb des Fahrzeugs dient. Ein Vorteil der Fluidkupplung mit einem rheologischen Fluid in diesem Anwendungsfall beziehungsweise dem Kraftfahrzeugdruckluftsystem im Vergleich zu herkömmlichen Schlupfkupplungen besteht darin, dass durch die Beaufschlagung des rheologischen Fluids mit einem elektrischen und/oder magnetischen Feld und die hierdurch induzierte Verfestigung des Fluids eine vollständige Synchronisation zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad erreicht werden kann, das heißt das Primärrad und das Sekundärrad laufen ohne Schlupf zueinander mit derselben Drehzahl um. In diesem Zustand ist der Wirkungsgrad gegenüber beispielsweise herkömmlichen hydrodynamischen Kupplungen oder Viskokupplungen, bei denen stets ein Schlupf vorliegt, deutlich erhöht.According to a particularly preferred application, the fluid coupling in a drive train between a drive motor, in particular internal combustion engine, and a compressor, in particular air or gas compressor, for example in the form of a reciprocating compressor, arranged or is a compressed air system, in particular vehicle compressed air system, such as a road vehicle, with such Drive train formed, the engine is particularly at the same time the drive of the vehicle. An advantage of the fluid coupling with a rheological fluid in this application or the automotive compressed air system compared to conventional slip clutches is that by applying the rheological fluid with an electric and / or magnetic field and thereby induced solidification of the fluid a complete synchronization between the primary wheel and the secondary can be achieved, that is, the primary and the secondary run without slip to each other at the same speed. In this state, the efficiency compared to, for example, conventional hydrodynamic clutches or viscous couplings, where there is always a slip, significantly increased.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch erläutert werden.The Invention will be described below with reference to an embodiment and the figure explained by way of example become.

In der 1 erkennt man eine Fluidkupplung mit einem Primärrad 1 und einem Sekundärrad 2. Das Primärrad 1 steht in einer Triebverbindung mit einer Antriebsmaschine (nicht gezeigt) und weist eine Antriebswelle 10 auf, die ein Ritzel 11 trägt, um Antriebsleistung auf das Primärrad 1 zu übertragen.In the 1 one recognizes a fluid coupling with a primary wheel 1 and a secondary wheel 2 , The primary wheel 1 is in a drive connection with a prime mover (not shown) and has a drive shaft 10 on that a pinion 11 contributes to drive power to the primary wheel 1 transferred to.

Das Primärrad 1 ist im Wesentlichen scheibenförmig, kann jedoch, wie dargestellt, wenigstens im Bereich seines radial äußeren Abschnitts eine Vielzahl von im Umfangsrichtung verlaufenden Lamellen 12 aufweisen, die insbesondere in Radialrichtung mit gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind.The primary wheel 1 is substantially disc-shaped, but can, as shown, at least in the region of its radially outer portion a plurality of circumferentially extending slats 12 have, which are arranged in particular in the radial direction at a uniform distance from each other.

Das Sekundärrad 2, vorliegend in Form eines Kupplungsgehäuses 13 ausgeführt, umschließt das Primärrad 1 unter Bildung eines Arbeitsraums 3 zwischen dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2. In der gezeigten Ausführung weist das Sekundärrad 2 eine Vielzahl von Taschen beziehungsweise Aussparungen auf, welche die Lamellen 12 des Primärrads 1 umgreifen. Somit wird ein mäanderförmiger Spalt zwischen dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2 ausgebildet, der mit dem Antriebsleistung vom Primärrad 1 auf das Sekundärrad 2 übertragenden rheologischen Fluid befüllt ist. Dieser Spalt ist im Vergleich zu einer einfachen Ausführung mit einer ebenen Scheibe des Primärrads 1, die von einem zylinderförmigen Hohlraum des Sekundärrads 2 umschlossen wird, deutlich länger, so dass die maximal übertragbare Antriebsleistung bei gleichbleibenden Außenkonturen der Fluidkupplung erhöht wird.The secondary wheel 2 , in the form of a coupling housing 13 executed, encloses the primary wheel 1 forming a workspace 3 between the primary wheel 1 and the secondary wheel 2 , In the embodiment shown, the secondary wheel 2 a plurality of pockets or recesses on which the slats 12 of the primary wheel 1 embrace. Thus, a meandering gap between the primary wheel 1 and the secondary wheel 2 formed with the drive power from the primary wheel 1 on the secondary wheel 2 transmitted rheological fluid is filled. This gap is compared to a simple design with a flat disc of the primary wheel 1 coming from a cylindrical cavity of the secondary wheel 2 is enclosed, much longer, so that the maximum transferable drive power is increased at the same outer contours of the fluid coupling.

Das Sekundärrad 2 weist eine Abtriebswelle 14 auf, die fluchtend zur Antriebswelle 10 des Primärrads 1 angeordnet ist. Selbstverständlich sind andere Ausführungsformen und Anordnungen denkbar. Die Abtriebswelle 14 steht beispielsweise in einer Triebverbindung mit einem Kompressor (nicht gezeigt), insbesondere Kolbenverdichter für Druckluft.The secondary wheel 2 has an output shaft 14 on, which are aligned with the drive shaft 10 of the primary wheel 1 is arranged. Of course, other embodiments and arrangements are conceivable. The output shaft 14 is for example in a drive connection with a compressor (not shown), in particular piston compressor for compressed air.

Das Gehäuse 13 der Fluidkupplung umschließt neben dem Arbeitsraum 3 einen Nebenraum 4, der vorliegend ebenfalls durch das Primärrad 1 und das Sekundärrad 2 umschlossen wird, jedoch gegenüber dem Arbeitsraum 3 abgedichtet ist. In der gezeigten Ausführungsform liegt der Nebenraum 4 im Wesentlichen radial innerhalb des Arbeitsraums 3.The housing 13 the fluid coupling encloses next to the working space 3 an adjoining room 4 , the present also by the primary wheel 1 and the secondary wheel 2 is enclosed, but opposite the workspace 3 is sealed. In the embodiment shown, the side room is located 4 essentially radially within the working space 3 ,

Zwischen dem Arbeitsraum 3 und dem Nebenraum 4 ist eine fluidleitende Verbindung 5 vorgesehen, umfassend einen ersten Abschnitt 5.1 und einen zweiten Abschnitt 5.2. Der erste Abschnitt 5.1 dient dem Leiten von rheologischem Fluid aus dem Nebenraum in den Arbeitsraum 3. Der zweite Abschnitt 5.2 dient dem Leiten von rheologischem Fluid aus dem Arbeitsraum 3 in den Nebenraum 4. Somit dient der erste Abschnitt 5.1 dem Befüllen des Arbeitsraums 3, und der zweite Abschnitt 5.2 dient dem Entleeren des Arbeitsraums 3.Between the workspace 3 and the adjoining room 4 is a fluid-conducting connection 5 provided, comprising a first section 5.1 and a second section 5.2 , The first paragraph 5.1 serves to conduct rheological fluid from the adjoining room into the working space 3 , The second section 5.2 serves to conduct rheological fluid out of the workspace 3 in the next room 4 , Thus serves the first section 5.1 the filling of the working space 3 , and the second section 5.2 serves to empty the working space 3 ,

Im ersten Abschnitt 5.1 ist ein Einlassventil 6 vorgesehen, im zweiten Abschnitt 5.2 ein Auslassventil 7. Einlassventil 6 und Auslassventil 7 weisen jeweils eine Isolierung 8 auf, um die Ventile 6, 7 stärker gegenüber dem Feld zur Einstellung der Viskosität des rheologischen Fluids im Arbeitsraum 3 abzuschirmen, im Vergleich zum Arbeitsraum 3 selbst, und somit eine Erstarrung des rheologischen Fluids in den Ventilen 6, 7 im Vergleich zu dem rheologischen Fluid im Arbeitsraum 3 bei einer vergleichsweise höheren Feldstärke zu bewirken, beziehungsweise auf die Ventile 6, 7 ein von dem Feld im Arbeitsraum 3 getrennt steuerbares Feld beziehungsweise getrennt steuerbare Felder aufzubringen. Somit kann eine einzelne Ansteuerung des rheologischen Fluids in den Ventilen 6, 7 und dem Arbeitsraum 3 erfolgen, wobei die Ansteuerung in den Ventilen 6, 7 ebenfalls getrennt voneinander oder gemeinsam erfolgen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Arbeitsraum 3 mit einem der beiden Ventile 6, 7 gemeinsam anzusteuern und das andere der beiden Ventile 6, 7 getrennt hiervon anzusteuern.In the first part 5.1 is an inlet valve 6 provided in the second section 5.2 an outlet valve 7 , intake valve 6 and exhaust valve 7 each have an insulation 8th on to the valves 6 . 7 stronger than the field for adjusting the viscosity of the rheological fluid in the working space 3 shield, compared to the workspace 3 itself, and thus a solidification of the rheological fluid in the valves 6 . 7 compared to the rheological fluid in the workspace 3 effect at a relatively higher field strength, or on the valves 6 . 7 one from the field in the workspace 3 separately controllable field or separately controllable fields apply. Thus, a single control of the rheological fluid in the valves 6 . 7 and the workroom 3 carried out, with the control in the valves 6 . 7 can also be done separately or together. Of course it is also possible to work space 3 with one of the two valves 6 . 7 to control together and the other of the two valves 6 . 7 separately to control it.

Bei der gezeigten Ausführungsform kann somit durch Öffnen des Einlassventils 6, das heißt durch Absenken oder Aufheben des auf den Strömungsquerschnitt im Einlassventil 6 wirkenden Feldes der Arbeitsraum 3 mit flüssigem Fluid aus dem Nebenraum 4, welcher vorzugsweise gegenüber jeglichem Feld abgeschirmt ist, befüllt oder zunehmend befüllt werden. Durch Aufbringen des Feldes auf das Fluid im Arbeitsraum 3 kann dieses Fluid verfestigt werden, bis hin zu einer Erstarrung. Mit zunehmender Verfestigung wird mehr Antriebsleistung vom Primärrad 1 auf das Sekundärrad 2 übertragen, bis bei einer Verfestigung des Fluids im Arbeitsraum 3 eine starre oder vergleichsweise starre, gegebenenfalls elastische, Verbindung zwischen dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2 und somit eine Synchrondrehzahl zwischen dem Primärrad 1 und dem Sekundärrad 2 erreicht wird.In the embodiment shown can thus by opening the inlet valve 6 , that is, by lowering or canceling of the flow cross-section in the inlet valve 6 acting field of work space 3 with liquid fluid from the next room 4 , which is preferably shielded from any field, filled or increasingly filled. By applying the field to the fluid in the working space 3 This fluid can be solidified, up to a solidification. As solidification increases, more drive power is delivered from the primary wheel 1 on the secondary wheel 2 transferred until solidification of the fluid in the working space 3 a rigid or relatively rigid, possibly elastic, connection between the primary wheel 1 and the secondary wheel 2 and thus a synchronous speed between the primary wheel 1 and the secondary wheel 2 is reached.

Um ein Entleeren des Fluids aus dem Arbeitsraum 3 in den Nebenraum 4 zu verhindern, kann das Fluid im Auslassventil 7 durch Aufbringen eines entsprechenden Feldes erstarrt werden, so dass es den Strömungsquerschnitt im Auslassventil 7 schließt. Bei einer gewünschten Entleerung des Arbeitsraums 3 in den Nebenraum 4 wird hingegen das Auslassventil 7 geöffnet, indem das auf dieses wirkende Feld verringert oder ausgeschaltet wird, so dass Fluid aus dem Arbeitsraum 3 aufgrund der auf dieses wirkenden Fliehkraft durch den zweiten Abschnitt 5.2 der leitenden Verbindung in den Nebenraum 4 gefördert wird. Gleichzeitig kann das Einlassventil 6 durch Aufbringen eines entsprechenden Feldes und Erstarren des Fluids im Strömungsquerschnitt des Einlassventils 6 geschlossen werden.To emptying the fluid from the workspace 3 in the next room 4 To prevent the fluid in the outlet valve 7 be solidified by applying an appropriate field, so that it the flow cross-section in the outlet valve 7 closes. For a desired emptying of the work space 3 in the next room 4 on the other hand, the outlet valve becomes 7 opened by the field acting on this is reduced or turned off, allowing fluid from the working space 3 due to the centrifugal force acting on it through the second section 5.2 the conductive connection in the next room 4 is encouraged. At the same time, the inlet valve 6 by applying a corresponding field and solidifying the fluid in the flow cross section of the inlet valve 6 getting closed.

Bei der gezeigten Ausführung ist das Einlassventil 6 im Primärrad 1 integriert, das Auslassventil 7 im Sekundärrad 2. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen denkbar, beispielsweise mit vorgesehenen stationären Bereichen in der Fluidkupplung, in denen das eine oder das andere Ventil angeordnet sein kann. Anstelle eines einzigen Einlassventils 6 und Auslassventils 7 kann jeweils auch eine Vielzahl solcher Ventile vorgesehen sein.In the embodiment shown, the inlet valve 6 in the primary wheel 1 integrated, the exhaust valve 7 in the secondary wheel 2 , Of course, other embodiments are conceivable, for example with provided stationary areas in the fluid coupling, in which one or the other valve can be arranged. Instead of a single inlet valve 6 and exhaust valve 7 each may also be provided a plurality of such valves.

Claims

Fluid coupling, in particular viscous coupling, 1.1 with a drivable primary wheel ( 1 ) and one of the primary wheel ( 1 ) driven secondary wheel ( 2 ); 1.2 the primary wheel ( 1 ) and the secondary wheel ( 2 ) together form a workspace ( 3 ), which by filling with a fluid transmission of drive power from the primary wheel ( 1 ) on the secondary wheel ( 2 ) causes; 1.3 the fluid is a rheological fluid whose viscosity is variable by applying a magnetic and / or electric field; characterized in that 1.4 the working space ( 3 ) of the fluid optionally completely and / or emptied to a predetermined amount of residual fluid.

Fluid coupling according to claim 1, characterized in that outside the working space ( 3 ) in the fluid coupling or outside of this a side room ( 4 ) for receiving the from the work space ( 3 ) emptied fluid is provided, which via a fluid-conducting connection ( 5 ) with the working space ( 3 ) connected is.

Fluid coupling according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the fluid-conducting connection ( 5 ) a switchable inlet valve ( 6 ) and / or a switchable outlet valve ( 7 ) is provided, by means of which the fluid-conducting connection ( 5 ) is optionally partially and / or completely lockable to the drainage of fluid from the working space ( 3 ) in the next room ( 4 ) and / or to regulate.

Fluid coupling according to claim 3, characterized in that the inlet valve ( 6 ) and / or the outlet valve ( 7 ) is switchable by means of the same field with which the viscosity of the fluid is variable.

Fluid coupling according to one of claims 3 or 4, characterized in that the inlet valve ( 6 ) and / or the outlet valve ( 7 ) is designed as a rheological valve, which has a flow cross-section, which by means of a rheological fluid which can be introduced into the flow cross-section, in particular the rheological fluid from the working space ( 3 ) and / or the adjoining room ( 4 ) is partially or completely blocked by applying a magnetic and / or electric field to the fluid in the flow cross-section.

Fluid coupling according to one of claims 4 or 5, characterized in that the inlet valve ( 6 ) and / or the outlet valve ( 7 ) and the viscosity change of the fluid in the working space ( 3 ) are individually controllable, in particular by a response at different field strengths of a common and at the same time on the inlet valve ( 6 ) and / or the outlet valve ( 7 ) and the workspace ( 3 ) applied field or by a magnetic and / or electrical insulation ( 8th ) between the inlet valve ( 6 ) and / or the outlet valve ( 7 ) and the workspace ( 3 ).

Fluid coupling according to one of claims 5 or 6, characterized in that the inlet valve ( 6 ) has a smaller or larger flow area for blocking with the rheological fluid than the outlet valve ( 7 ).

Method for controlling a fluid coupling according to one of claims 1 to 7, wherein the viscosity of the fluid in the working space ( 3 ) is changed by applying a magnetic and / or electric field to the drive power transmission from the primary wheel ( 1 ) on the secondary wheel ( 2 ), characterized in that in predetermined operating conditions the working space ( 3 ) is exhausted from the fluid completely or to a predetermined amount of residual fluid.

Method according to claim 8, characterized in that before emptying the working space ( 3 ) is reduced by the fluid field in its field strength and / or largely or completely turned off.

A method according to claim 9, characterized in that in a subsequent filling of the working space ( 3 ) with the fluid the field in its field strength is only increased again or turned on when the working space ( 3 ) substantially or completely except for its maximum Filling degree is filled with fluid.