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Flüssigkeitskupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitskupplung,
bei der ein geschlossenes, teilweise mit Flüssigkeit gefülltes Kupplungsgehäuse
die eine Kupplungshälfte und wenigstens eine in diesem Gehäuse rotierende Kupplungsscheibe
die andere Kupplungshälfte bildet, wobei das Drehmoment durch die Reibungswirkung
der Flüssigkeit zwischen benachbarten, parallelen Wänden der Kupplungshälften übertragen
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskupplung
der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der die in der Kupplung entstehende
Wärme auf einfache Weise abgeführt wird.
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Bei einer bekannten Flüssigkeitskupplung der beschriebenen Art ist
dieses Problem der Abführung der in der Kupplung entstehenden Wärme dadurch gelöst,
daß die Flüssigkeit aus dem die eine Kupplungshälfte bildenden Gehäuse unter der
Wirkung der Zentrifugalkraft durch Bohrungen am Rande des Gehäuses herausgespritzt
und über ein festes Gehäuse und eine Pumpe in äußeren Umlauf versetzt wird. Zur
Regelung der Flüssigkeitsmenge im äußeren Umlauf kann in Abhängigkeit von der Temperatur
der Flüssigkeit ein Thermostat verwendet werden. Die Notwendigkeit des äußeren Umlaufs
mit dem zusätzlichen Gehäuse und der Pumpe führt jedoch zu einer wesentlichenVerteuerung
dieser bekanntenKupplung.
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Bei einer anderen bekannten Flüssigkeitskupplung der beschriebenen
Art ist zur Erzielung eines stoßfreien Anlaufs und einer stoßfreien Übertragung
des Drehmoments zwischen Motor und Arbeitsmaschine sowie zur Ermöglichung der Drehzahlregelung
des Sekundärteils der Kupplung in Abhängigkeit vom Drehmomentaufwand der Arbeitsmaschine
vorgesehen, daß der Primärteil der Kupplung eine Flüssigkeitskammer mit einer Mehrzahl
von durch radiale Schaufeln gebildeten Zellen aufweist, welche ein radialzelliges
Rad des Sekundärteils umgeben. Dadurch wird ebenfalls ein Kreislauf der Flüssigkeit
innerhalb des Kupplungsgehäuses erzeugt, der gleichzeitig eine Kühlung bewirkt.
Die komplizierte Schaufelanordnung dieser bekannten Flüssigkeitskupplung bewirkt
jedoch eine Erschwerung und Verteuerung der Herstellung.
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Bei einer anderen bekannten Flüssigkeitskupplung für Kraftfahrzeuge
mit einem Pumpen- und einem Turbinenrad, die durch eine Reibungskupplung zusa,mmenschaltbar
sind, wobei die Reibungskupplung durch ein von einer vom Motor angetriebenen Pumpe
gefördertes Druckmittel betätigt wird, wird eine unzulässig hohe Erwärmung der Kupplungsflüssigkeit
dadurch vermieden, daß die Druckmittelförderung zwischen der Reibungskupplung und
der Pumpe durch einen im Kreislauf des Flüssigkeitsgetriebes oder der Flüssigkeitskupplung
eingebauten Thermostaten steuerbar ist. Diese bekannte Anordnung ist jedoch bei
einer einfachen Flüssigkeitskupplung der oben beschriebenen Art ohne unnötig großen
Aufwand nicht anwendbar.
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Die in einer Flüssigkeitskupplung der eingangs beschriebenen Art entstehende
Wärme wird gemäß der Erfindung dadurch abgeführt, daß die die eine Kupplungshälfte
bildende Kupplungsscheibe bzw. eine mit dem Gehäuse drehbare Kupplungsscheibe, die
axial zwischen die eine Kupplungshälfte bildenden Kupplungsscheiben angeordnet ist,
auf einem Kreisbogen verteilte axiale öffnungen aufweist, die mit einer radialen,
nach außen offenen Ringkammer bzw. mit einer radialen, nach innen offenen Ringkammer
in Verbindung stehen. Durch den bei einer Flüssigkeitskupplung notwendig eintretenden
Schlupf zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungshälfte wird erreicht,
daß die Flüssigkeit an den Flächen der beiden Kupplungshälften mit verschiedener
Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, so daß dadurch innerhalb der radialen
Ringkammer und außerhalb dieser die Flüssigkeit verschieden schnell rotiert und
somit verschieden große Zentrifugalkräfte auftreten, die einen Kreislauf
der Flüssigkeit durch die axialen öffnungen und die radial nach außen bzw. radial
nach innen offene Ringkammer verursachen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen den beiden Kupplungshälften
oder zwischen Teilen derselben in an sich bekannter Weise durch einen mit einer
der Kupplungshälften verbundenen Thermostaten regelbar ist. Dadurch wird erreicht,
daß der Schlupf der Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur eines Mediums, z.
B. eines Mediums, das gekühlt werden soll oder dessen Temperatur konstant gehalten
werden soll, geregelt werden kann.
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Die Erfindung ist in der Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Fig.1 einen Schnitt durch
eine Flüssigkeitskupplung für einen Maschmenkühlventlator, Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie 2-2 in Fig.1. Fig. 3 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform
der Flüssigkeitskupplung nach Fig. 1, Fig.4 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform,
die eine Kupplung für einen Maschinenkühlventilator darstellt, Fi:g.5 eine Seitenansicht
der Ausführungsform nach der Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt durch die Kupplung nach
den Fig. 4 und 5, Fig. 7 einen der Fg. 3 entsprechenden Schnitt durch eine weitere
Ausführungsform der Flüssigkeitskupplung, Fig. 7 A eine @teilweise abgebrochen dargestellte
Draufsicht .auf eine in Fig. 7 dargestellte Kupplungsschelbe, Fig. 7 B eine teilweise
abgebrochen dargestellte Draufsicht auf die Innenseite des Gehäusedeckels der Kupplung
nach Fig. 7, Fig.8 einen der Fiig. 7 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform
der Kupplung, Fig. 9 und 10 der Fig. 3 entsprechende Schnitte durch zwei weitere
Ausführungsformen der Kupplung. Die Fig.1 und 2, in denen eine Ausführungsform der
Kupplung, insbesondere für einen Maschin:enkühlventilator, dargestellt ist, zeigen
einen Teil eines Kühlergehäuses 10 einer Verbrennungskraftmaschine, das bei 11 eine
Kammer 12 für ein Pumpenrad 13 aufweist, durch das die Kühlflüssigkeit durch das
Kühlergehäuse und einen angeschlossenen, nicht dargestellten Radiator getrieben
wird. Die offene Seite der Kammer 12 ist dusch einen Deckel 15 verschlossen, an
dem ein Einlaß 16 vorgesehen ist, der mit dem Radiator verbunden ist und mit der
Pumpenkammer 12 in Verbindung steht. Der Deckel 15 weist einen Stutzen 20 auf, in
dem eine Hohlwelle 21 in Kugellagern 22 gelagert ist. Die Hohlwelle 21 erstreckt
sich axial in beiden Richtungen über den Stutzen 20 hinaus und trägt an einem Ende
das. Pumpenrad 13 und am andemn Ende eine Riemenscheibe 23, die für die Verbindung
mit der Kurbelwelle der Maschine mittels -eines nicht dargestellten Riemens vorgesehen
ist.
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Drehschlüssig mit der Riemenscheibe 23 und der Hohlwelle 21 ist ein
Kupplungsgehäuse 26 verbunden, an dem ein Gehäusedeckel 27 befestigt ist, der Kugellager
28 trägt, in denen eine nach außen über den Deckel 27 hinaus ragende Ventilatarnabe
29 drehbar gelagert ist, an der die Schaufeln 30 eines Ventilators angeordnet sind.
Die Ventilatornnabe 29 erstreckt sich in die Kammer 31 des Kupplungsgehäuses 26.
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Das innere Ende der Ventilatornabe 29 trägt eine Kupplungsscheibe
32, die durch eine Feder-NUt-Ver-
bindung axial verschiebbar, aber drehfest
mit der Nabe verbunden ist. Die Innenseite des Deckels 27 bildet eine der Kupplungsscheibe
32 parallele Ebene und weist mehrere Rillen 27 a auf, die später in Verbindung mit
Fig. 7 B beschrieben sind.
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Der Kupplungsscheibe 32 gegenüber ist im Kupplungsgehäuse eine dieser
parallele kreisförmige Scheibe 33 angeordnet, die am Ende eines Stabes 34 befestigt
ist, der in der Hohlwelle 21 verschiebbar angeordnet ist. Das Gehäuse 26 trägt eine
ringförmige Reihe von Stiften 35, die durch Öffnungen der Scheibe 33 greifen und
sowohl zum Antrieb dieser Scheibe mit dem Gehäuse als auch als Halter für Druckfedern
36 dienen, die sich iam Deckel 27 und an der Scheibe 33 abstützen und so die Scheibe
33 von der Kupplungsscheibe 32 wegdrücken, und zwar so weit, wie dies die Axialverschiebung
des Stabes 34 oder das Gehäuse 26 zuläßt.
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Die abgedichtete Kammer 31 enthält eine Flüssigkeit 38, die, wenn
das Gehäuse rotiert, durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in die Randzone der
Kammer verteilt wird. Die Menge :der Flüssigkeit ist so gewählt, daß sie, wenn sie
durch die Zentrifugalkraft einen Flüssigkeitsring bildet, ein wesentliches Stück
über den Rand der Kupplungsscheibe 32 reicht. Wenn :das Gehäuse 26, 27 ruht, gammelt
sich die Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwexkraft im unter der Drehachse liegenden
Teil des Gehäuses, und zwar so, daß der Spiegel der Flüssigkeit unter den Lagerdichtungen
liegt.
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Innerhalb des Raumes, den die durch die Zentrifugalkraft entlang dem
Rand der Kammer verteilte Flüssigkeit einnimmt, ist die Kupplungsscheibe 32 mit
einer Reihe ringförmig angeordneter Öffnungen 40
und mit einem eine Ringkammer
bildenden Schlitz 41 versehen, der sich in radialer Richtung vom Rand aus nach innen
bis zu den CSffnungen 40 erstreckt.
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Das Gehäuse 26, 27 wird über die Riemenscheibe 23 getrieben und dadurch
die Flüssigkeit in der Kammer 31 entlang dem äußeren Rand der Kammer verteilt.
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Die Rotation des Gehäuses und der Scheibe 33 wird infolge der Soherwirkung
der Flüssigkeit auf die Kupplungsscheibe 32 und damit auf die Nabe 29 und den Ventilator
30 übertragen. Da jedoch die Flüssigkeit ein: Drehmoment ohne Schlupf nicht übertragen
kann, wird der Ventilator mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die unter der Geschwindigkeit
des Gehäuses liegt. Da die Rotation des Ventilators mit steigender Geschwindigkeit
ein schnell ansbemgendes Drehmoment erfordert, nimmt der Schlupf zwischen dem Gehäuse
und der Kupplungsscheibe 32 ii r Geschwindigkeit zu.
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n 't dr Das bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit des Gehäuses :auf
die Kupplungsscheibe 32 übertragene Drehmoment hängt hauptsächlich von der Viskosität
der Flüssigkeit und dem Abstand zwischen dien Seitenflächen zier Kupplungsscheibe
und den gegenüberliegenden Seitenflächen des Deckels 27 und der Scheibe 33 ab, wobei
die Übertragung eines hohen Drehmoments durch hohe Viskosität und geringen Abstand
zwischen der Kupplungsscheibe und den gegenüberliegenden Seitenflächen des Deckels
und der Scheibe begünstigt wind. Da das Drehmoment von Gehäuse und Scheibe durch
die Flüssigkeit auf die Kupplungsscheibe übertragen wird und die durchschnittliche
Winkelgeschwindigkeit der Flüssigkeit größer ist als die der Kupplungsscheibe, ist
die auf die
Flüssigkeit an den Seiten der Kupplungsscheibe wirkende
Zentrifugalkraft größer als die, die in den Öffnungen 40 und dem Ringkanal
41 auf die Flüssigkeit wirkt. Dadurch entsteht ein Kreislauf der Flüssigkeit,
bei dem die Flüssigkeit radial nach außen entlang den Seiten der Kupplungsscheibe,
radial nach innen durch den Ringkanal 41 und axial nach außen .durch die Öffnungen
40 zurück an die Seiten der Kupplungsscheibe fließt. Ein solcher Flüssigkeitskreislauf
hilft wesentlich bei der Verteilung der Wärme, die durch den Schlupf entsteht.
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In Anlagen, in denen die Kupplungsscheibe das treibende Glied ist,
ist der Kreislauf der Flüssigkeit umgekehrt. Da dann die Winkelgeschwindigkeit der
Flüssigkeit in der Kupplungsscheibe größer ist als die .der Flüssigkeit zwischen
der Kupplungsscheibe und dem Gehäuse oder der Scheibe 33, verursacht die Zentrifugalkraft,
daß die Flüssigkeit radial nach außen durch die Kupplungsscheibe und radial nach
innen entlang den Außenseiten der Kupplungsscheibe und dann axial nach innen in
die Kupplungsscheibe kreist.
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Wie beschrieben, ist einer der Faktoren, durch die das auf die Kupplungsscheibe
übertragene Drehmoment bestimmt ist, die Größe des Abstandes zwischen ihren Außenseiten
und den gegenüberliegenden Flächen des Deckels 27 oder der Scheibe 33. Es ist daher
möglich, das zu übertragende Drehmoment bei jeder Geschwindigkeit einzustellen,
indem die axiale Stellung der Scheibe 33 eingestellt wird. Zu diesem Zweck ist in
der Mitte des Pumpenrades 13 ein Thermostat 45 bekannter Art angeordnet, der einen
Kolben 46 .aufweist, der unter dem Einfluß steigender Temperatur axial verschoben
wird. Durch die Verbindung des Kolbens 46 mit dem Stab 34, an dem die Scheibe 33
;befestigt ist, wird die Scheibe 33 auf die Kupplungsscheibe 32 zu bewegt, wenn
der Kolben 46 unter dem Einfluß ansteigender Temperatur des durch die Pumpe fließenden
Kühlmittels aus dem Thermostaten 45 herausgeschoben wird. Eine solche Bewegung der
Scheibe 33 verringert die Abstände der Kupplungsscheibe 32 von der Scheibe 33 und
dem Deckel 27 und damit die wirksame Weite der Kammer 31 und veranlaßt so
ein Anwachsen des durch die Flüssigkeit auf die Kupplungsscheibe 'übertragenen Drehmoments.
Dadurch nähert sich die Geschwindigkeit des Ventilators 30 der Geschwindigkeit des
treibenden Gehäuses.
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Auf diese Weise wind die Geschwindigkeit des Ventilators selbsttätig
in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels gesteuert, so daß der Ventilator
nicht schneller als erforderlich arbeitet und deshalb nicht mehr Energie als notwendig
verbraucht, um das Kühlmittel auf einer vorbestimmten Maximaltemperatur zu halten.
Um zu verhindern, daß der Thermostat 45 beschädigt wird, wenn der Kolben 46 so weit
aus diesem herausragt, daß die Kupplungsscheibe 32 zwischen der Scheibe 33 und dem
Deckel 27 festgeklemmt wird, ist ein in axialer Richtung elastisches Glied, z. B.
eine Feder 47, zwischen dem Kolben 46 und dem Stab 34 vorgesehen.
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Um die Wirkung der temperaturempfindlichen Steuerung durch den Thermostaten
45 zu verändern, kann die Scheibe 33 ,auf dem Stab 34 von Hand verstellt werden.
Wie in Fig.1 dargestellt, ist die treibende Scheibe 33 mittels eines Gewindes auf
dem Ende des Stabes 34 befestigt, an den sich eine durchgehende axiale Bohrung 48
in des Nabe 29 anschließt. Die Bohrung 48 ist durch einen mit einem Gewinde versehenen
Bolzen 49 verschlossen, um ein Entweichen der Flüssigkeit aus dem Gehäuse zu verhindern.
Wenn der Bolzen 49 entfernt wird, kann ein Werkzeug durch die Bohrung 48 eingeführt
und mit einem Querschlitz im Ende :des Stabes 34 in Eingriff gebracht werden, um
den Stab 34 gegenüber der Scheibe 33 zu drehen und so die Scheibe relativ zum Stab
34 zu verstellen. Die Bohrung 48 dient auch zum Einfüllen der Flüssigkeit in die
Kammer 31.
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In der in Fig. 3 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der FlüssigkeitskupphingistdieKupplungsscheibe
134 die treibende Kupplungshälfte und das Gehäuse 126, 127 das den Ventilator 131
oder einen anderen Verbraucher trägt, die getriebene Kupplungshälfte. Eine Antriebsscheibe
123 ist .an einem Flansch 124 befestigt, der in eine axial vorstehende Nabe 125
ausläuft. Auf der Nabe 125 ist ein Gehäuse 126 mit einem sich axial erstreckenden
Teil 130 frei drehbar mittels eines Lagers 129 gelagert. Das Gehäuse 126
ist mit einem Gehäusedeckel 127 abgeschlossen, so daß eine Kammer 128 für
eine Flüssigkeit 129 a entsteht, und trägt einen Kühlventilator 131, der mit dem
Gehäuse rotiert.
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Das Ende der Nabe 125 ist mit mehreren Axialnuten 132 versehen, in
die für eine Verbindung zum axialen Verschieben zwei aneinanderliegende kappenförmige
Teile einer Kupplungshälfte 133 eingreifen, die Kupplungsscheiben 134 bilden, die
in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und durch die Nabe 125 getrieben
werden. Durch den Raum zwischen den Kupplungsscheiben 134 wird eine radiale, nach
außen offene Ringkammer 135 gebildet, die mit ringförmig angeordneten Bohrungen
136 für den Kreislauf der Flüssigkeit verbunden ist. Die Außenflächen der Kupplungsscheiben
sind in einem Abstand von den Innenflächen des Gehäuses 126, 127 angeordnet.
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Die Nabe 125 ist auf einer hohlen Antriebswelle 121 befestigt, durch
die sich der Stab 34 eines Thermostaten, wie beschrieben, erstreckt. Das äußere
freie Ende des Stabes 34 reicht bis zu einem Stift 137, dessen äußeres Ende
138 verjüngt ist. Der Stift 137
ist innen mit einer Dichtung 139 versehen
und wird mittels einer Feder 140 gegen den Stab 34 und. den Thermostaten. :gedrückt.
Die Nabe 125 ist mit einer ringförmigen Reihe von Bohrungen versehen, von denen
jede eine Kugel141 enthält, die keilartig zwischen die beulen Scheiben 134 der Kupplungshälfte
133 eingreift.
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Diese Anordnung ist so getroffen, daß durch die treibende Hohlwelle
121 die Kupplungsscheiben 134 angetrieben werden, die durch die Scherwirkung der
Flüssigkeit 129a das Gehäuse 126, 127 und damit den Ventilator 131 antreiben. Während
dieses Antriebs verursacht der Flüssigkeitsdruck, der an dem Umfang ,der Kupplungshälfte
133 entsteht, eine Flüssigkeitsströmung radial. nach außen durch die Ringkammer
135 und nach innen durch den Raum zwischen den Kupplungsscheiben und den Wänden
des Gehäuses.
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Um die Geschwindigkeit des Antriebs temperaturabhängig zu ändern,
wird bei einem Anstieg der Temperatur der Stab 34 gegen die Feiler 140 gedrückt,
wodurch das verjüngte Stiftende 138 die Kugeln 141 radial nach außen zwischen die
Kupplungsscheiben 134 der Kupplungshälfte 133 drückt, so da.ß die Kupplungsscheiben
134 auseinandergedrückt werden.
Dadurch nähert seich jede Kupplungsscheibe
der benachbarten Wand des Gehäuses 126, 127, so daß der Abstand verringert wird.
Dadurch wird ein Abnehmen des Schlupfes erzielt.
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Eine weitere Ausführungsform der Flüssigkeitskupplung ist in den Fig.4,
5 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist der treibende Teil eine Riemenscheibe
223 auf, die auf der Antriebswelle 221 einer Wasserpumpe ,angeordnet ist und in
üblicher Weise von der Kurbelwelle der Maschine angetrieben wird. An der Riemenscheibe
ist mittels einer Platte 228' ein Treibzapfen 229 angeordnet, auf dem das Kupplungsgehäuse
226 mit dem Gehäusedeckel 227 mittels Kugellager 228 frei drehbar gelagert ist.
Der Kühlventilator 230 ist am Gehäuse 226 befestigt.
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Die Kupplung ist zur Verwendung an einer Verbrennungsmaschine in der
üblichen Weise und wie in Fig. 1 dargestellt geeignet, wobei der übliche Radiator
A (Fig. 6) gegenüber oder vor dem Gehäuse und ,dem Ventilator angeordnet ist, damit
dieser einen Luftstrom durch den Radiator erzeugt.
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Das Gehäuse 226, 227 umfaßt eine Flüssigkeitskammer 231 und
einen mit 231 a bezeichneten Kammerteil. Eine Kupplungsscheibe 232 ist am Ende des
Zapfens 229 befestigt und wird von der Welle 221 und :der Riemenscheibe 223 angetrieben.
Die Flüssigkeitskammer 231 enthält eine Flüssigkeit 238, deren normaler Spiegel,
wenn die Kupplung in Ruhe ist, unterhalb der Dichtungen der Kugellager 228 liegt.
Die Kupplungsscheibe. 232 erstreckt sich in radialer Richtung zwischen dem
Gehäuse 226 und dessen Decke1227 und ist in geringem Abstand parallel zu den Gehäusewänden
angeordnet, so daß sich zwischen den Seitenflächen und dem Umfang der Kupplungsscheibe
einerseits und der Kammer andererseits ein verhältnismäßig dünner Flüssigkeitsfilm
bilden kann. Die Kupplungsscheibe besteht aus zwei im Abstand voneinander angeordneten
Scheiben 232a und 232b.
Der Zwischenraum zwischen den Scheiben bildet
eine radiale, nach .außen offene Ringkammer 241, die mit Öffnungen 240 in den Scheiben
in Verbindung steht.
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Der Deckel 227 des Gehäuses ist, wie aus Fig.4 ersichtlich
ist, mit dünnen, am Umfang angeordneten Rippen 248 versehen, die sich radial nach
außen und nach vorn erstrecken, um eine wirksame Wärmestrahlung und -verteilung
zu erzielen.
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In der beschriebenen Kupplung für den Kühlventilator einer Verbrennungsmaschine,
bei der die Kupplungsscheibe unmittelbar von der Maschinenwelle und das Gehäuse,
das den Ventilator trägt, von der Kupplungsscheibe über die Scherwirkung der Flüssigkeit
in der Kammer angetrieben wird, besitzt die Kupplungsscheibe eine größere Winkelgeschwindigkeit
als das Gehäuse, und der Flüssigkeitsdruck, der durch die Zentrifugalkraft verursacht
wird, ist daher in den Zwischenräumen an den Seiten der Kupplungsscheibe geringer
als in der Ringkammer 241. Die Flüssigkeit strömt daher entlang den Wänden des Gehäuses
radial nach innen, dann durch die öffnungen 240 und schließlich nach außen durch
die Ringkammer 241. Die Öffnungen 240 in der Kupplungsscheibe sorgen auch für freien
Durchgang der Flüssigkeit von einer Seite der Kupplungsscheibe auf die andere und
gleichen so den Flüssigkeitsdruck auf beiden Seiten der Kupplungsscheibe aus. Der
beschriebene Kreislauf der Flüssigkeit ist deshalb wichtig, - weil durch
die Reibungs-Scher-Wirkung entstehende örtliche Erhitzungen dadurch vermieden werden,
daß die Übertragung der Wärme auf das Gehäuse gefördert wird, von dem aus die Wärme
mittels der Kühlrippen 248 abgestrahlt und verteilt wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Flüssigkeitskupplung ist in Fig.
7 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Kupplungsscheibe die treibende
Kupplungshälfte und das Gehäuse die getriebene Kupplungshälfte. Ein Kühlventilator
ist an dem Gehäuse befestigt. Die treibende und die getriebene Kupplungshälfte können
jedoch vertauscht werden, so daß das Gehäuse die treibende und die Kupplungsscheibe
die getriebene Kupplungshälfte wird, wobei der Kühlventilator oder ein anderer Verbraucher
mit der ihn treibenden Kupplungshälfte verbunden ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Antriebsscheibe 323 auf einer
Hohlwelle 321 angeordnet, die z. B. eine Wasserpumpe treiben kann. Ein temperaturgesteuerter
Stab 34 erstreckt sich durch die Hohlwelle 321 und reicht an einen Stift 337, der
mittels einer Feder 340 an das Ende des Stabes 34 gedrückt wird und einen Dichtring
339 trägt.
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Ein Gehäuse 326 und ein Gehäusedeckel 327 sind auf einer Nabe 325
drehbar angeordnet, die sich von einem Flansch 324 erstreckt, an dem die Antriebsscheibe
323 befestigt ist. Das Gehäuse 326 bildet eine zylindrische Lagerbüchse 330, mittels
der das Gehäuse frei rotierend auf einem von der Nabe 325 getragenen Kugellager
329 gelagert ist.
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Im Gehäuse 326 ist etwa in einer zur Achse senkrechten Mittelebene
eine Kupplungsscheibe 335 (Fig. 7 A) angeordnet, die axial verschiebbar, aber drehschlüssig
mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Kupplungsscheibe ist an ihrem äußeren Umfang
mit Vorsprüngen 335a versehen, die in in der inneren Fläche der äußeren Wand des
Gehäuses angeordnete Nuten 335 b gleitend eingreifen. Angrenzend an die Vorsprünge
335a weist die Kupplungsscheibe 335 Aussparungen 335c auf, durch die eine
Flüssigkeitsströmung möglich ist. Die Kupplungsscheibe 335 besteht aus zwei in geringem
Abstand voneinander angeordneten Scheiben, die eine radiale, nach innen offene Ringkammer
335d begrenzen. Die beiden Scheiben der Kupplungsscheibe sind durch Punktschweißen
od. dgl. starr miteinander verbunden. Die äußere Stirnfläche jeder Scheibe der Kupplungsscheibe
ist mit im Abstand voneinander angeordneten Nuten 335 e versehen. Die Nuten 335
e sind so angeordnet, daß sie sich über die Oberfläche der Scheibe 335 etwa tangential
zu dem inneren Umfang der Kupplungsscheibe erstrecken, wie das in Fig. 7 A dargestellt
ist, wobei die sie begrenzenden Wände nach außen gegen den äußeren Umfang konvergieren,
um Flüssigkeit aufzuschöpfen und deren Weg, wie durch die Pfeile angezeigt, entsprechend
der Drehrichtung der Kupplungsscheibe zu lenken.
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Zwischen der Gehäusekupplungsscheibe 335 und den Innenflächen des
Gehäuses 326, 327 ist eine sich radial nach außen erstreckende treibende Kupplungsscheibe
334 vorgesehen, die aus Scheiben 334a und 334b besteht. Die Flächen dieser Scheiben,
die der Gehäusekupplungsscheibe 335 und dem Gehäuse gegenüberliegen, sind vorzugsweise
mit nichtmetallischen Belägen versehen. Die Innenwand des Gehäusedeckels, die gegenüber
der Scheibe 334a liegt, ist ebenfalls mit nach außen konvergierenden, Flüssigkeit
führenden
Nuten 327a versehen, die sich quer über die Wand im wesentlichen tangential
zu deren innerem Umfang erstrecken, und zwar in einer Richtung, die eine Strömung
der Flüssigkeit nach außen erzeugt. Die konvergierenden Wände der in den Fig. 7
A und 7 B gezeigten Nuten haben überdies die Wirkung, daß ein hydraulischer Druck
entwickelt wird, der die einander gegenüberliegenden zusammenarbeitenden Flächen
des Gehäuses und der beiden Kupplungsscheiben auseinanderdrückt. Wie bereits beschrieben,
ist jede der Scheiben 334a und 334b
der treibenden Kupplungsscheibe 334 mit
in einem Abstand voneinander angeordneten Bohrungen 336 versehen, die sich in einem
Abstand vom inneren Umfang der Scheiben befinden. Das Gehäuse enthält eine Flüssigkeit
329a, deren Spiegel bei ruhender Kupplung unter den Dichtungen der Lager 329 liegt.
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Die treibende Kupplungsscheibe 334 ist so angeordnet, daß die Scheibe
334 b durch die thermisch gesteuerte axiale Bewegung des Stabes 34 und des Stiftes
337 axial verschiebbar ist.
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Die Scheibe 334 b weist einen topfförmigen Teil 338 auf, der mittels
Zapfen 341 an einer federnden Platte 342 befestigt ist, wobei die Platte
342 ihrerseits an dem vorderen Ende des Stiftes 337 befestigt ist. Wenn der
Stift 337 durch den Stab 34 axial gegen den Druck der Feder 340 verschoben wird,
schiebt er die Platte 334b in Richtung auf die Gehäusekupplungsscheibe 335. Die
Scheibe 334a ist axial frei beweglich, aber drehfest auf der zylindrischen Wand
des topfförmigen Teiles 338 angeordnet und wird durch diesen mit der Scheibe 334
b angetrieben. Eine kappenförmige Stütze 333 ist in dem Teil 338 angeordnet und
bildet für diesen ein Gleitlager. Die Stütze 333 ist in ihrer Vorderseite mit ringförmig
angeordneten Öffnungen 338 a versehen, in die die sich nach innen erstreckenden
Teile der Zapfen 341 mit Gleitsitz eingreifen. Die Stütze 333 bildet innen eine
Buchse, die mit Preßsitz drehfest auf die Nabe 325 aufgesetzt ist, wodurch die axial
verschiebbaren Scheiben 334 a und 334 b antreibbar sind.
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Die treibende Kupplungsscheibe treibt das Gehäuse durch die Scherwirkung
der in diesem enthaltenen Flüssigkeit an, die sich zwischen den einander gegenüberliegenden
Seiten der Scheiben der treibenden Kupplungsscheiben, der Gehäusekupplungsscheibe
und der Innenwände der Kammer 328 befindet. Es besteht ein Kreislauf der Flüssigkeit
nach außen zwischen den sich relativ zueinander drehenden Flächen der treibenden
Kupplungsscheibe, der Gehäusekupplungsscheibe und des Gehäuses und durch die Nuten
335 e in der Gehäusekupplungsscheibe und die Nuten 327a des Gehäuses. Der
Strömungsweg verläuft dann nach innen durch die radiale Ringkammer 335 d
der Gehäusekupplungsscheibe und seitlich durch die Bohrungen 336 der treibenden
Kupplungsseheibe.
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Wenn das Kühlsystem verhältnismäßig kalt ist, ist die Kupplungswirkung
der Flüssigkeit entsprechend dem Flüssigkeitsdruck zwischen den Scheiben der treibenden
Kupplungsscheibe und der Gehäusekupplungsscheibe, die in der Kammer 328 in einem
verhältnismäßig großen Abstand voneinander angeordnet sind, klein. Wenn die Erwärmung
und folglich das Verschieben des Stabes 34 und des Stiftes 337 stattfindet, wird
die treibende Scheibe 334 b in Richtung auf die Gehäusekupplungsscheibe verschoben,
wodurch die Flüssigkeitsschicht zwischen deren Oberfiächen verringert wird. Dadurch
wird die Gehäusekupplungsscheibe in den Gehäusenuten in Richtung auf die treibende
Scheibe 334a verschoben. Da diese Scheibe axial verschiebbar angeordnet ist, wird
sie ihrerseits in Richtung zum Gehäusedeckel 327 verschoben. Auf diese Weise
wird der Zwischenraum zwischen den verschiedenen Flächen und dadurch der Schlupf
vermindert, was ein Anwachsen des Drehmoments, das auf das Gehäuse und den Kühlventilator
übertragen wird, bewirkt. Die Drehung dieser Teile relativ zueinander nimmt mit
zunehmender Verschiebung des Stabes 34 weiterhin ab, bis der nichtmetallische Belag
der Scheibe 334 b mit der gegenüberliegenden Seite der Gehäusekupplungsscheibe in
Eingriff kommt, wobei die Gehäusekupplungsscheibe ihrerseits bis zum Eingriff mit
dem nichtmetallischen Belag der Scheibe 334 a bewegt wird. Die gegenüberliegende
Seite der treibenden Scheibe 334a wird dann bis zum Eingriff mit der Innenfläche
des Gehäusedeckels 327 bewegt. Bei maximaler temperaturbedingter Verschiebung des
Stabes 34 treten also die nichtmetallischen Beläge der gegeneinander rotierenden
Teile miteinander in nassen Reibungsschluß. Die Flüssigkeit zwischen den aneinanderliegendenFlächen
strömt dann durch die Nuten. Dabei wird der Kreislauf der Strömung zur Verteilung
der durch den Schlupf entwickelten Wärme in die Wärme abstrahlenden Rippen des Gehäuses
aufrechterhalten.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist der Bau in jeder
Hinsicht der gleiche wie in Fig. 7, außer daß die Gehäusekupplungsscheibe 335 fest
mit dem Gehäuse verbunden und nicht axial beweglich angeordnet ist. Die Vorsprünge
335 a (Fig. 7 A) sind zwischen dem Gehäuse 326 und dem Gehäusedeckel 327
festgeklemmt. Für den Flüssigkeitskreislauf ist dieselbe Vorsorge getroffen, wie
oben unter Bezugnahme auf die Fig.7 und 7A beschrieben. Jedoch sind die in dieser
Ausführungsform mit 434a und 434b bezeichneten Scheiben der treibenden Kupplungsscheibe
gemeinsam axial verschiebbar und drehbar als feste Einheit vorgesehen. Die topfförmigen
Teile 438 und 438 a dieser Scheiben sind mit Preßsitz fest miteinander verbunden.
Der Innenteil 438 a sitzt drehfest auf der Nabe 325, und der äußere Teil 438 ist
an der federnden Platte 342 befestigt, damit er durch den Stab 34 axial verschoben
werden kann.
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Wie in bezug auf Fig. 7 beschrieben, ist die Seitenfläche der Scheibe
434 a mit einem nichtmetallischen Belag versehen, der in nassen Reibungsschluß mit
der gegenüberliegenden Innenseite des Gehäusedeckels treten kann. Auf die gleiche
Weise ist die Seitenfläche der Scheibe 334 b überzogen, um einen nassen Reibungsschluß
mit der gegenüberliegenden Seite der Gehäusekupplungsscheibe zu erzielen. Beide
treibenden Scheiben werden gemeinsam relativ zur Gehäusekupplungsscheibe und zum
Gehäuse durch die Riemenscheibe 323 angetrieben.
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Normalerweise ist genügend Spielraum zwischen den einander gegenüberliegenden
Flächen der treibenden Kupplungsscheibe, der Gehäusekupplungsscheibe und dem Gehäusedeckel,
um einen großen Schlupf zu ermöglichen, wenn das Kühlsystem kalt ist. Sobald sich
das Kühlsystem erwärmt, werden die treibenden Scheiben beide nach rechts verschoben,
um den Abstand zu vermindern und das Antriebsmoment über die Scherwirkung der Flüssigkeit
und die Antriebsgeschwindigkeit des Gehäuses und des Ventilators zu erhöhen, bis
die Verschiebung so groß ist, daß ihre
nichtmetallischen Beläge
mit der Gehäusekupplungsscheibe und dem Gehäusedeckel in nassen Reibungsschluß miteinander
treten.
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In beiden Fig. 7 und B bildet die federnde Platte 342 einen Sicherheitsfaktor
gegen eine Beschädigung durch eine übergroße Axialverschiebung des temperaturgesteuerten
Stabes 34. Wenn die kuppelnden Flächen ihre äußerste Stellung erreichen, wird ein
weiteres Verschieben des Stabes 34 durch die federnde Platte 342 aufgenommen. In
der Ausführungsform nach Fig.7 sind drei Kupplungsflächenpaare vorgesehen, die durch
die Axialverschiebung der Gehäusekupplungsscheibe und die Bewegung einer der Scheiben
der treibenden Kupplungsscheiben in Eingriff kommen, während in der Ausführungsform
nach Fig. 8 zwei durch das Vorschieben des Stabes 34 kuppelnde Flächenpaare vorgesehen
sind.
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Die Ausführungsform nach Fig. 9 entspricht in vielem den Ausführungsformen
der Fig. 7 und B. Die treibende Kupplungshälfte weist eine Kupplungsscheibe
534a auf, die in Richtung auf die gegenüberliegende Fläche des Gehäusedeckels
327 und von dieser weg bewegt werden kann. Die treibende Kupplungsscheibe ist mit
einer Nabe 332 axial verschiebbar auf der sie treibenden Antriebsnabe 325 aufgekeilt.
Der Stift 337 ist über die federnde Platte 342 mit dieser verbunden. Ebenfalls auf
der Nabe 325 angeordnet und durch diese angetrieben ist eine Scheibe 534 b
der treibenden Kupplungshälfte, die der Scheibe 534 a gegenüberliegt. Die
innere Antriebsnabe dieser Scheibe ist aufgepreßt oder auf andere Weise auf der
Nabe befestigt, so daß sie sich relativ zur Nabe weder drehen noch axial verschieben
kann. Beide Scheiben 534a und 534b sind mit Öffnungen 336 versehen,
die einen Kreislauf der Flüssigkeit nach innen aus dem Raum zwischen der treibenden
Kupplungshälfte und dem Gehäuse und radial nach außen durch die durch den Abstand
dieser Scheiben gebildete radiale, nach außen offene Ringkammer 435 ermöglichen.
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Bei dieser Ausführungsform weist die treibende Kupplungshälfte zwei
im Abstand voneinander angeordnete Scheiben auf, von denen die eine relativ zum
Gehäuse axial urverschiebbar angeordnet ist, während die andere, die einen nichtmetallischen
Belag trägt, axial in Richtung auf die gegenüberliegende Seite des Gehäusedeckels
verschiebbar ist, so daß sie in ihrer extremen Stellung in Reibungsschluß mit dieser
Seite des Gehäusedeckels kommt, während sie in ihren Zwischenstellungen die Kupplung
zwischen den treibenden und den getriebenen Teilen in AbhängigkeitvonderScherwirkung
derFlüssigkeit ändert.
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Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform ist in vieler Hinsicht
ähnlich den Ausführungsformen der Fig. 8 und 9. Eine Scheibe 634a der treibenden
Kupplungshälfte ist auf eine zweite Scheibe 634 b aufgepreßt und in geringem Abstand
von dieser angeordnet, so daß eine radiale, nach außen offene Ringkammer 635 zwischen
den Scheiben entsteht. Die Scheiben sind mit Bohrungen 636 versehen, um einen Kreislauf
der Flüssigkeit, wie beschrieben, zu ermöghchen. Die aus den aufeinander aufgepreßten
Scheiben 634 a und 634 b bestehende treibende Kupplungshälfte bildet einen topfförmigen
Teil 638, der eine nach innen ragende Nabe 332 zum Verkeilen auf der treibenden
Nabe 325 aufweist, auf der er durch den Stift 337 über die federnde Platte 342 axial
verschiebbar ist. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die
gleiche, wie in bezug auf die anderen Ausführungsformen beschrieben, soweit die
Flüssigkeitskupplung und der Kreislauf der Flüssigkeitsströmung betroffen werden.
Bei dieser Ausführungsform ist die aus zwei Scheiben bestehende treibende Kupplungshälfte
axial in der Flüssigkeitskammer in Richtung auf die gegenüberliegende Seitenwand
der Flüssigkeitskammer und von dieser weg verschiebbar, wobei ihre Bewegung temperaturabhängig
gesteuert wird, um den Schlupf zu vermindern und das zu übertragende Drehmoment
zu vergrößern, bis zwischen den treibenden und den getriebenen Kupplungshälften
Reibungsschluß eintritt.