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Flüssigkeitsreibungskupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsreibungskupplung
mit einer Kupplungskammer, die mit einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge gefüllt
ist und in der eine Kupplungsscheibe drehbar angeordnet ist, sowie mit einem in
der Kupplungskammer angeordneten, im Volumen veränderbaren Dehnungskörper, durch
welchen die wirksame Flüssigkeitsmenge beeinflußbar ist,wie sie beispielsweise bei
Ventilatorantrieben von Fahrzeugen od. dgl. als temperaturabhängig gesteuerte Kupplung
Anwendung finden kann.
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Es sind bereits Flüssigkeitsreibungskupplungen für diesen Zweck bekannt,
die aus einer Kupplungskammer bestehen, welche mit einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge
gefüllt ist und in welcher Kupplungsscheiben drehbar angeordnet sind. Zur temperaturabhängigen
Drehzahlsteuerung durch Veränderung des Schlupfes derartiger Kupplungen sind bei
diesen bekannten Konstruktionen die Kupplungsscheiben relativ zueinander axial verschiebbar,
beispielsweise durch einen üblichen mittelbar über mechanische Teile auf die Scheiben
einwirkenden Zylinder-Kolben-Thermostaten. Bei diesen bekannten Kupplungen mit mechanischer
Betätigung der Kupplungsscheiben über einen mechanisch bewegten Thermogeber sind
Störungen durch Reibung oder Klemmung der mechanisch bewegten Teile zu befürchten.
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Es sind an sich bereits Flüssigkeitsreibungskupplungen dieser Art
ohne temperaturabhängige Steuerungsmöglichkeit bekannt, bei welchen das die Kupplungskammer
bildende Gehäuse mit der treibenden Welle verbunden ist und nach innen ragende Kupplungsscheiben
aufweist, die mit entsprechenden mit der angetriebenen Welle verbundenen Kupplungsscheiben
durch eine in der Kupplungkammer vorhandene Kupplungsflüssigkeit zusammenwirken
können. Bei diesen bekannten Anordnungen ist es außerdem bereits bekannt, innerhalb
der Kupplungskammer einen Dehnungskörper anzuordnen. Dieser bekannte, nur ein relativ
kleines Volumen gegenüber dem übrigen Kupplungsraum ausmachende Dehnungskörper dient
dabei als Anzeigeeinrichtung für die im Kupplungsraum vorhandene Flüssigkeitsmenge.
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Ferner ist an sich bereits schon eine hydraulische Kupplung bekannt,
bei welcher in radialen Verdrängungskammern, die mit der eigentlichen Kupplungskammer
verbunden sind, Verdrängungskörper angeordnet sind, durch welche bei radialer Verschiebung
der Kupplungsscheiben eine Änderung der Flüssigkeitsmenge innerhalb des Kupplungsraumes
hervorgerufen werden kann. Mit letzteren bekannten Kupplungsanordnungen ist jedoch
eine Steuerung des Kupplungseingriffes in Abhängigkeit von der Temperatur nicht
möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine temperaturabhängig
gesteuerte Flüssigkeitsreibungskupplung zu schaffen, bei der das temperaturempfindliche
Organ unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung mechanischer übertragungsmittel,
auf den Flüssigkeitsraum der Kupplung einwirkt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Dehnungskörper ein in Abhängigkeit von der Temperatur veränderbares
Volumen hat und in wärmeübertragender Verbindung zu einem Bereich steht, in Abhängigkeit
von dessen Temperatur das übertragene Drehmoment der Kupplung gesteuert werden soll
und bei Änderung der Temperatur infolge der Volumenänderung den Raum für die Flüssigkeitsmenge
und durch deren Verdrängung den Reibungseingriff: der Flüssigkeitsmenge verändert.
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Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung werden mechanische
Verbindungsmittel zwischen dem Thermogeber und der Kupplungsscheibe vermieden, so
daß Störungen durch Reibung oder Klemmung oder durch andere Störungen, hervorgerufen
durch mechanische übertragungsteile, ausgeschlossen sind.
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Wenn bei einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung die
innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnete Kupplungsscheibe mit einer in diesem
Gehäuse drehbar gelagerten und insbesondere mit dem Schaufelrad eines Ventilators
einer Brennkraftmaschine zusammenwirkenden angetriebenen
Welle verbunden
ist, so hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen,
wenn eine der Kupplungsgehäusewände als Temperaturfühlfläche ausgebildet ist und
der Dehnungskörper ein auf dieser Wand innerhalb der Kupplungskammer angeordneter,
mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur sich ausdehnenden Flüssigkeit oder
Gas gefüllter Faltenbalg ist. Dabei kann dieser Faltenbalg durch eine Feder vorgespannt
sein, und zur Entlüftung des Kupplungsgehäuseinneren kann die angetriebene Welle
hohl ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Kupplungsscheibe zwischen zwei in einem
geringen Abstand voneinander gegenüberliegenden und als Kupplungsflächen wirkenden
Kupplungsgehäuseflächen angeordnet, und am Umfang dieses Kupplungsraumes ist eine
mit diesem verbundene, bei hohen Antriebsdrehzahlen die durch Fliehkraft nach außen
gedrängte Kupplungsflüssigkeit aufnehmende, vorzugsweise ringförmige Kammer vorgesehen,
in der der vorzugsweise ebenfalls ringförmige Dehnungskörper angeordnet ist. Die
breite Querschnittsabmessung der Kammer kann bei dieser Ausführungsform axial zu
dem Gehäuse verlaufen. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dehnungskörper
eine aus flexiblem, gut wärmeleitendem Metall bestehende Ringdose ist und beispielsweise
diese Ringdose mit Acetatflüssigkeit gefüllt ist. Schließlich kann das Gehäuse an
der Außenfläche mit Wärme abführenden Rippen versehen sein.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen, temperaturabhängig
arbeitenden, dem Ventilator eines Verbrennungsmotors zugeordneten Kupplung; F i
g. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung; F i g. 3 zeigt
in einem senkrechten Schnitt eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen
Kupplung; F i g. 4 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung,
die dem Ventilator eines Verbrennungsmotors betriebsmäßig zugeordnet ist; F i g.
5 ist eine graphische Darstellung der bei dem erfindungsgemäßen Ventilatorantrieb
erzielbaren Beziehung zwischen den betreffenden Drehzahlen und der Temperatur; F
i g. 6 ist ein waagerechter Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung, die in
erster Linie auf die Drehzahl anspricht; F i g. 7 ist ein teilweise weggebrochen
gezeichneter senkrechter Schnitt durch die Konstruktion nach F i g. 6 und zeigt
dieselbe in ihrer einer hohen Drehzahl entsprechenden Stellung; F i g. 8 ist ein
teilweise weggebrochen gezeichneter senkrechter Schnitt durch eine weitere Ausbildungsform
der Erfindung, die in erster Linie auf die Temperatur anspricht; F i g. 9 ist ein
Stück der Vorderansicht der erfindungsgemäßen Kupplung und läßt die Mittel zum Abführen
von Wärme erkennen; F i g. 10 ist ein Stück der Rückansicht der erfindungsgemäßen
Kupplung, aus der ebenfalls Mittel zum Abführen von Wärme ersichtlich sind.
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In F i g. 1 und 3 erkennt man eine erfindungsgemäße, temperaturabhängig
arbeitende, insgesamt mit 1 bezeichnete Kupplung in Zuordnung zu einem Verbrennungsmotor
2, bei dem es sich um einen luftgekühlten Motor handeln kann; die Anwendung der
Erfindung ist jedoch nicht auf diese Motorbauart beschränkt; ferner erkennt man
in F i g. 1 ein Ventilatorrad 3, das durch die Kupplung 1 auf eine nachstehend beschriebene
`''eise angetrieben wird. Die Kupplung 1 umfaßt ein antreibendes Organ
10, an dem ein Gehäuse 12 befestigt ist, das sich zusammen mit dem antreibenden
Organ dreht, ferner ein angetriebenes Organ 14, in dem Gehäuse untergebrachte Kupplungsorgane
16 mit einer durch einen Teil des Gehäuses gebildeten Kupplungsscheibe 18 und einer
weiteren Scheibe 20 sowie ein ausdehnungsfähiges, auf Temperaturänderungen ansprechendes,
durch ein Strömungsmittel zu betätigendes Steuerorgan 22, das durch die Wärme betätigt
wird, welche durch eine auf Temperaturänderungen ansprechende Wand 24 des Gehäuses
übertragen wird.
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Zur Bewirkung des Kupplungsvorganges werden bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel einander gegenüber angeordnete Blatten oder Scheiben 18 und
20 verwendet, die durch eine relativ zähflüssige Flüssigkeit 26 zum Zusammenarbeiten
gebracht werden können. Bei dem Strömungsmittel 26 kann es sich um eine beliebige
geeignete Ölsorte handeln, die es ermöglicht, den einander gegenüberstehenden Scheiben
18 und 20 die gewünschten Reibungseigenschaften zu verleihen. Das Gehäuse
12 besitzt eine ringförmige Außenwand 28, die sich in einem radialen
Abstand von den Kupplungsscheiben 18 und 20 erstreckt, so daß die
Arbeitsflüssigkeit 26 außer Berührung mit den Kupplungsscheiben gehalten wird, wenn
sich das Antriebsorgan 10 zusammen mit dem Gehäuse 12 dreht, da die Arbeitsflüssigkeit
hierbei durch Fliehkräfte nach außen geschleudert wird.
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Die temperaturabhängig arbeitende Steuereinrichtung 22 umfaßt die
auf Temperaturänderungen ansprechende Wand 24 des Gehäuses 12 sowie eine Rohrmembran
30 mit einer axial bewegbaren inneren Wand 32, die sich im wesentlichen parallel
zu der wärmeempfindlichen Wand 24 erstreckt. Eine mit zickzackförmigen Falten
versehene ringförmige Wand 34 verbindet die axial bewegbare innere Wand 32 mit der
äußeren Wand 24, an der sie auf beliebige geeignete Weise mit abdichtender Wirkung
befestigt ist. Innerhalb der Rohrmembran bzw. des Faltenbalges 30 befindet sich
eine auf Temperaturänderungen ansprechende Flüssigkeit 36, deren Dampfdruckkurve
entsprechend den Bedingungen festgelegt ist, die erfüllt sein müssen, wenn die Kupplung
bei einer bestimmten Temperatur zur Wirkung gebracht werden soll. Als Beispiel sei
erwähnt, daß man bei dieser Ausbildun bsform einen Alkohol mit einer Verflüchtigungstemperatur
von etwa 135 bis 160° F verwenden kann. Der in der Rohrmembran 30 enthaltene Dampf
38 wird normalerweise die Wand 32 in einem Abstand von der unbeweglichen Gehäusewand
24 halten, wodurch die Arbeitsflüssigkeit 26 außer Berührung mit der Kupplung gehalten
wird; gleichzeitig gleichen die Flüssigkeit 36 und der Dampf 38 axial gerichtete
Kraftkomponenten aus, die von der Drehbewegung der Arbeitsflüssigkeit 26 herrühren.
Wenn sich die Rohrmembran beim Auftreten einer durch die Wand 24 übertragenen vorbestimmten
Temperatur ausdehnt, wird die Wand 32 auf die Kupplungscheiben 18 und 20 zu bewegt,
und die Arbeitsflüssigkeit 26 wird hierbei in einem solchen Ausmaß radial nach innen
gedrückt, daß eine Verbindung
-;wischen den Kupplungsscheiben hergestellt
wird. :'Pnn umgekehrt die Temperatur der Flüssigkeit 36 in einem vorbestimmten Ausmaß
herabgesetzt wird, wird sich die Rohrmembran zusammenziehen, was eine Folge der
axial in Richtung auf die Wand 24 wirkenden Kraftkomponente ist, so daß die Arbeitsflüs:sigkeit
wiederum radial nach außen verlagert wird und ihre Ruhelage einnimmt. Es ist somit
ersichtlich, daß die Kupplung so arbeitet, daß das Auftreten einer : u großen
Drehzahl oder eines zu großen Drehmoments an dem Ventilatorrad 3 verhindert wird,
wobei jedoch dem Ventilator bei der erwähnten hohen Temperatur, die auf eine hohe
Umdrehungsgeschwindigkeit des Antriebsorgans zurückgeführt werden kann, eine Antriebskraft
zugeführt wird.
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Das Ein- und Ausrücken der Kupplungsorgane 16 kann somit erfolgen,
ohne daß die Kupplungsorgane unter Last geschaltet zu werden brauchen, und man erkennt,
daß das angetriebene Organ 14 eine Welle 40 umfaßt, die innerhalb der Welle 42 des
Antriebsorgans 10 konzentrisch mit dieser angeordnet und in Lagerbuchsen 44 und
46 gelagert ist; die Welle 40 trägt Sprengringe 48 und 50, die an den Lagerbuchsen
anliegen, um axiale Bewegungen der Wellen 40 und 42 sowie der Kupplungsscheiben
18 und 20 zu verhindern. Das Ventilatorrad 3 ist auf der Welle 40 in beliebiger
geeigneter Weise in einer vorbestimmten, relativ geringen Entfernung von dem Verbrennungsmotor
2 befestigt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 ist die Welle 42 in
einem Lagerdeckel 52 gelagert, der ein zylindrisches Lager 52 bildet; an diesem
Lager liegt ein Sprengring 56 an, und ein ähnlicher Sprengring 58 kann dazu dienen,
axiale Bewegungen der Welle 42 gegenüber dem Motor 2 zu verhindern. Der Lagerdeckel
52 trägt an seinem äußeren Rand einen Flansch 60, der mit Schrauben 62 an
der Wand 64 des Motors befestigt ist, so daß die Wand 24 des Antriebsgehäuses in
thermischer Verbindung mit dem Kühlsystem des Motors steht. Wie schon erwähnt, kann
der Motor mit Luftkühlung arbeiten, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung auch
bei einem wassergekühlten Motor anwenden läßt.
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Damit die Welle 42 angetrieben werden kann, ist auf ihr eine Riemenscheibe
66 befestigt, die mit einem Riemen 68 zusammenarbeitet, der von der Kurbelwelle
72 aus über eine Riemenscheibe 70 angetrieben wird. Für den Fachmann liegt es jedoch
auf der Hand, daß man auch andere Antriebsmittel für die Welle 42 vorsehen könnte.
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Die Steuermittel 22 können entgegen dem Druck eines Gases innerhalb
des Gehäuses 12 oder entgegen dem Druck der Atmosphäre betätigt werden. Bei dem
in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Welle 40 eine axiale Bohrung
74, die vom Inneren des Gehäuses zur Atmosphäre führt. Um die Wirlcungsweise der
Steuermittel zu modulieren, kann eine Feder 76 vorgesehen sein, deren eines Ende
78 an der Platte oder Wand 18 in einem Abstand von der Scheibe 20 anliegt, während
sich das Ende 80 der Feder an der Wand 32 der Rohrmembran 30 abstützt.
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Zwar ist es vorteilhaft, in der Kammer 30 ein flüchtiges Strömungsmittel
zu verwenden, doch kann man auch ein Gas oder andere auf Temperaturänderungen ansprechende
Mittel vorsehen, z. B. ein Bimetallelement, durch das die Wand 32 betätigt wird.
Eei dem dargestellten Ausführungsbi ispiel arbeitet die erfindungsgemäse Vorrichtung
so@ehl drehzaalals auch temperaturabhängig. Der Dampfdruck- irr der Kammer 30 wird,
wie schon erwähnt, durch die Menge des in der Kammer enthaltenen Strömungr i richt
b-einiquß:, und wenn eine relativ große Menge des Strömungsmittels 36 ve:-wendet
wird, so daß sich die innere Begrenzungsfläche des S:römungsmittels in eincm geringer.n
Abstand von der Mittel-Z, befindet als die innere Begrenzungsfläche des Strömungsmittels
26, wc:-den die Flichkräfte bestrebt sein, die Kupplung bei sich erhöhender Drehzahl
in stärkerem Maße zur Wirkung zu bringen. Wenn dagegen im Vergleich zur Merge des
Strömungsmittels 26 eine relativ kleine Menge des Strömuriasmittels 36 vorgesehen
wird, werden die Fliehkräfte bestrebt sein, den Grad des Einrückens der Kuj7,plung
bei steigender Drehzahl herabzusetzen. Dieses letztere Verfahren zurr Fühlen der
Drehzahl erweist sich insbesondere bei Personenkraftwagen als vorteilhaft, wenn
es erwünscht ist, das Verhältnis zwischen der Ventilatordrehzahl und der Motordrehzahl
beim Betrieb des Motors mit hoher Drehzahl herabzusetzen.
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Die zum Fühlen der Temperatur dienende 9 läche 24 kann zu den verschiedensten
Zwecken benutzt werden. Beispielsweise kann man die Fläche 24 in einem Strömungsmittelstrom
anordnen, Qarnit Wärme durch Wärmeleitung auf das Steuerorgan übertragen wird, wie
es z. B. dann der Fall ist, wenn sich diP Wand 24 in dem Kühlerluftstrom oder im
Kühlsystem eines flüssigkeitsgekühlten Moors befindet. Ferner kann der zum Fühlen
der Temperazsur dienenden Fläche Wärme durch Strahlung zugeführt werden; in diesem
Falle wird die Fläche vorzugsweise mit einer nicht reflektierenden schwarzen Farbe
gestrichen, um eine gute Wärmeabsorption zu gewährleisten, und hierbei ordnet man
die Fläche in dem Motorsysteri so an, daß sie einer Wärme abgebenden Fläche, z.
B. einem Zylinderkopf oder einer Auspuffleitung, gegenübersteht. Ferner sei bemerkt,
daß man in den verschiedensten Anwendungsfällen das Organ 14 zweckmäßig als Antriebsorgan
und das Organ 10 als angetriebenes Organ benutzen kann.
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In F i g. 4 ist eine temperaturabhängig arbeitende Kupplung 101 gemäß
der Erfindung dargestellt, die einem Verbrennungsmotor 102 und einem Ventilator
103 zugeordnet ist, wobei der Ventilator auf eine noch zu erläuternde Weise über
die Kupplung 101 angetrieben wird. Die Kupplung 101 umfaßt ein antreibendes Organ,
ein angetriebenes Organ sowie Kupplungsmittel, durch welche das antreibende Organ
in Abhängigkeit von der Temperatur oder von der Drehzahl oder sowohl von der Temperatur
als auch von der Drehzahl zum Zusammenarbeiten gebracht werden können; bei einer
bevorzugten Ausbildungsform kann das Antriebsorgan durch eine Welle 110 (F i g.
6) gebildet werden, die von dem @Jotor 102 aus in beliebiger bekannter Weise, gegebenenfalls
mit Hilfe einer Riemenscheibe 112, angetrieben wird.
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Ein Gehäuse 114, das bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 das
angetriebene Organ bildet, ist auf der Welle 110 dieser gegenüber drehbar
gelagert; zu diesem Zweck ist eine Lagerhülse 116 (F i g. 6) vorgesehen, die auf
Lagerhülsen 118 und 120 angeordnet ist; die Lagerhülsen tragen an
ihren äußeren Enden Flansche 122 bzw. 124, und die Hülsen sind auf einem dünneren
Abschnitt 126 der Welle 110 angeordnet. Es sei jedoch bemerkt, daß man auch
das
Gehäuse 114 als das antreibende Organ verwen-den kann. Das äußere
Ende der Welle 110 bildet eine Schulter 128, die sich an einer Anlaufscheibe
130 abstützt, welche durch eine Staubkappe 132 in Anlage an dem Flansch
124 der Lagerbuchse 120
gehalten und teilweise abgedeckt wird;
das innere Ende der Welle 110 ist bei 134 mit einer Ringnut versehen,
die einen Haltering 136 aufnimmt, durch den eine Anlaufscheibe
138 in Anlage an dem Flansch 122 der Lagerbuchse 118 gehalten
wird.
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Das innere Ende der Welle 110 weist außerdem eine Abflachung
140 auf, die es ermöglicht, eine Kupplungsscheibe 142 mit der Welle 110 zu
verkeilen, wobei die Kupplungsseheibe entweder axial frei beweglich oder gegebenenfalls
gegen axiale Bewegungen gesichert ist. Es wird vorgezogen, daß sich die Kupplungsscheibe
142 axial ungehindert bewegen kann, denn in diesem Falle zentriert sie sich
selbsttätig in dem Spalt 166, was auf die in der Kupplungsflüssigkeit auftretenden
hydrodynamischen Kräfte zurückzuführen ist. Auf diese Weise kann man dem Spalt
166 eine minimale Breite geben, und es brauchen keine engen Herstellungstoleranzen
eingehalten zu werden. Die Gehäusekonstruktion 114 umfaßt ein Hauptgehäuseteil 144,
an dem das Ventilatorrad 103 mit Stiftschrauben 146 und 148 sowie Muttern 149 und
150 od. dgl. befestigt ist, sowie ein Gehäusedeckelteil152, das durch Preßsitz
oder auf andere geeignete Weise an einem axial vorspringenden, sich in der Umfangsrichtung
erstreckenden Flansch 154 des Hauptgehäuseteils 144 befestigt ist. Der Rand
des Gehäusedeckelteils 152 ist bei 156 mit einer ringförmigen Aussparung
versehen, in der ein O-Ring 158 od. dgl. angeordnet ist, um die beiden Gehäuseteile
gegeneinander abzudichten.
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Die äußeren Abschnitte der Deckelkonstruktion 152 können versetzt
ausgebildet sein und mit den äußeren Abschnitten des Gehäuseteils 144 zusammenarbeiten,
um eine ringförmige Öffnung 160 zu bilden, in der eine nachstehend beschriebene
ausdehnungsfähige Kammer oder Dose 162 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 144
bildet ferner eine ringförmige Aussparung 164, von der der äußere Rand der
Kupplungsscheibe 142 aufgenommen werden kann; der Rand der Kupplungsscheibe
142 kann jedoch auch radial unterhalb der Gehäuseöffnung 160 verlaufen.
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Das Deckelteil 152 und das Gehäuseteil 144 bilden ferner
parallele Kupplungsflächen 165 und 167, die sich in radialer Richtung erstrecken
und mit der Kupplungsplatte 142 zusammenarbeiten, welch letztere in einem
geringen Abstand von den Kupplungsflächen angeordnet ist, so daß ein Kupplungsraum
von konstantem Volumen vorhanden ist. Die von dem Gehäuseteil 144 und dem
Deckelteil 152 gebildeten mittleren Abschnitte des gesamten Gehäuses begrenzen
eine sich radial nach außen verjüngende Kammer 168, und man erkennt aus F
i g. 6, daß das mittlere Teil der Kupplungsplatte 142 axial versetzt sein kann,
so daß es innerhalb der Kammer 168 eine konische Schulter 170 bildet.
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In die Kammer 168 wird eine vorbestimmte Menge einer zähen
Flüssigkeit 172 eingebracht, wobei es sich z. B. um Silicon (beispielsweise
Dow Corning 200 bis 5000 Centistokes) handelt, und man erkennt, daß eine Drehbewegung
der Welle 110 eine Drehbewegung der Kupplungsplatte 142 herbeiführt, die wiederum
eine entsprechende Drehbewegung des Gehäuses 114 hervorruft, und zwar mit
einem Drehzahlverhältnis, das sich nach der Kupplungswirkung der Flüssigkeit
172 richtet, welche ihrerseits in der nachstehend erläuterten Weise von der
Drehzahl und der Temperatur abhängt.
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Damit die Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Temperatur
gesteuert werden kann, ist die ausdehnungsfähige Dose 162 mit einem Medium
gefüllt, das auf eine Belastung durch Fliehkräfte sowie durch die Temperatur anspricht;
hierbei kann es sich um eine auf Temperaturänderungen ansprechende Flüssigkeit wie
Freon, Acetat, Alkohol oder ein anderes geeignetes Material handeln, das sich bei
Wärmeeinwirkung ausdehnt; diese Flüssigkeit ist in F i g. 6 mit 174 bezeichnet.
Die Kammer oder Dose 162 kann aus einem dünnen, flexiblen, wärmedurchlässigen Flachmaterial
hergestellt sein; beispielsweise besteht sie aus einem Metall wie Messing oder aber
aus einem Kunststoff; die Dose ist gasdicht und gegenüber Hitze, mechanischer Beanspruchung
und Korrosion widerstandsfähig, und sie läßt sich beim Auftreten äußerer oder innerer
Kräfte leicht zusammendrücken bzw. ausdehnen.
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Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß sich die längere Querschnittsabmessung
der Dose 162 radial zu dem Antriebsaggregat erstreckt, so daß diese Einrichtung
sowohl auf Drehzahlen als auch auf die Temperatur anspricht. Allerdings bewirkt
die natürliche Federkraft der Wände der Dose oder eine andere innerhalb derselben
vorgesehene Federkraft, daß diese Einrichtung in erster Linie auf die Drehzahl anspricht,
wenn das Innere der Dose evakuiert ist oder auf andere Weise mit einer nicht temperaturabhängigen
Atmosphäre oder Charakteristik versehen ist.
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Die beschriebene Fliehkraftwirkung des Strömungsmittels vereinigt
sich mit den wirksamen Temperatursteigerungen, um die Kupplung dadurch einzurücken,
daß die Dose 162 ausgedehnt wird, um die Kupplungsflüssigkeit 172
in den Kupplungsraum 166
hinein zu verdrängen.
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Die Außenfläche des Deckelteils 152 kann mehrere vorzugsweise
radial verlaufende Rippen 178 (F i g. 9) aufweisen, deren axiale Abmessungen verschieden
groß sein können, und auf der Rückseite der Gehäusekonstruktion 144 können
entsprechend geformte Rippen 180 angeordnet sein. Der obere Flansch
154
des Gehäuses 114 kann ebenfalls in Winkelabständen mit Rippen
182 versehen sein. Diese Rippen haben die Aufgabe, die Temperaturunterschiede
zwischen der Kupplung und seiner Umgebung auf ein Mindestmaß herabzusetzen; solche
Temperaturunterschiede können durch das Arbeiten der Kupplung hervorgerufen werden,
und um diese Temperaturunterschiede herabzusetzen, sind die eine zusätzliche Wärmeübertragungsfläche
bildenden Rippen vorgesehen. Außerdem vermindern die Rippen die Wirkung der Lufttemperatur,
so daß sich die Kupplung bei herabgesetzten Drehzahlen leicht auskuppeln kann.
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Wenn der Kupplung Antriebsenergie zugeführt wird, wird die Kupplungsflüssigkeit
zu den äußeren Teilen des Gehäuses verlagert. Wenn sich die Drehzahl erhöht, erfolgt
eine Vergrößerung der Kraft, mit der die Flüssigkeit 172 auf die ausdehnungsfähige
Dose 162 drückt, und obwohl eine direkte Kupplungswirkung bei relativ niedrigen
Drehzahlen oder Drehzahlen unterhalb eines vorbestimmten Wertes erzielt wird, da
die Kupplungsflüssigkeit in dem Spalt 166 vorhanden ist und somit ein Zusammenarbeiten
mit
der Kupplungsscheibe 142 und den Gehäuseflächen 165 und 167 erfolgt, wird eine Erhöhung
der Drehzahl über einen Wert von z. B. 3000 U/min bewirken, daß die Dose 162 in
der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise zusammengedrückt wird. Man erkennt, daß dann,
wenn die Dose 162 zusammengedrückt ist, in der Öffnung 160 ein größerer Raum zum
Aufnehmen der Flüssigkeit 172 verfügbar ist, wodurch der Grad des Zusammenwirkens
der Kupplungsscheibe 142 mit den Kupplungsflächen 165 und 167 entsprechend herabgesetzt
wird. Die Menge des Strömungsmittels kann unmittelbar entsprechend dem Punkt gewählt
werden, der für das Ausrücken der Kupplung bzw. die Herabsetzung der Drehzahl vorgesehen
ist, doch reicht die Flüssigkeitsmenge in jedem Falle aus, um die gewünschte Zusammendrükkung
der Kammer 162 zu bewirken, so daß eine Herabsetzung des Drehzahlverhältnisses zwischen
dem Antriebsorgan und dem angetriebenen Organ erfolgt, sobald diese Zusammendrückung
herbeigeführt worden ist.
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Die Viskosität der Kupplungsflüssigkeit kann je nach den Erfordernissen
des betreffenden Anwendungsfalls gewählt werden. Somit kann man die Kupplung mit
Ventilatoren verschiedener Abmessungen vereinigen, ohne das die Abmessungen der
Kupplung geändert zu werden brauchen. Silicon hat sich als zweckmäßig erwiesen,
da man angesichts seiner hohen Viskosität mit einer kleineren Kupplungsfläche der
Kupplungsscheibe auskommt, und da Silicon sehr stabil ist. Gemäß der Erfindung kann
man jedoch auch andere Flüssigkeiten mit hoher Viskosität, z. B. Petroleumöl, verwenden.
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In F i g. 8 ist eine weitere Ausbildungsform der Erfindung dargestellt,
die allgemein dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4, 6 und 7 entspricht, weshalb
ähnliche Teile jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Ausbildungsform
nach F i g. 8 ist jedoch in erster Linie temperaturabhängig, und zu diesem Zweck
ist der Flansch 154a axial erheblich länger ausgebildet, was der größeren
axialen Länge der ausdehnungsfähigen Dose 162 a entspricht. Die Dose
162 a wird von einer öffnung 160 a
aufgenommen, die sich
im Gegensatz zu der Dose 162 nach F i g. 7 nicht radial, sondern in Richtung der
Achse der Antriebswelle 110 erstreckt. Die Gehäusekonstruktion 144 a ist
mit einer Aussparung 164 a
versehen, so daß eine Verbindung zwischen der Kammer
160 a und einer ein konstantes Volumen aufweisenden Öffnung 166a vorhanden
ist, die durch die einander gegenüberliegenden Kupplungsflächen 165 a und
167 a begrenzt wird. Die öffnung bzw. der Spalt 166 a steht seinerseits in
Verbindung mit der Kammer 168 a, und eine Kupplungsplatte 142 ist parallel
zu den Wänden des Spaltes 166a drehbar angeordnet. Da die Flüssigkeit 174 in der
Dose 162 a bei einer gegebenen Temperaturänderung einen sehr großen Druckunterschied
liefert und die Dose 162 a mit einem relativ hohen Druck arbeitet, herrscht der
Einfluß der Temperatur auf den Rauminhalt der Kammer gegenüber dem Einfluß der Fliehkräfte
vor.
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In F i g. 5 ist die Arbeitsweise der Kupplung nach F i g. 8 graphisch
dargestellt; man erkennt, daß die Drehzahl des angetriebenen Organs im Vergleich
zur Drehzahl des antreibenden Organs relativ niedrig ist, wenn die Temperatur vergleichsweise
niedrig ist, denn die ausdehnungsfähige Dose 162a wird hierbei leicht zusammengedrückt,
und die Flüssigkeit in der Dose wird sich im kontrahierten Zustand befinden. Wenn
sich jedoch die Temperatur erhöht, dehnt sich die Dose 162 a entsprechend aus, so
daß sich Drehzahlen des angetriebenen Organs ergeben, die in einem ständig größer
werdenden Verhältnis zur Drehzahl des angetriebenen Organs stehen.
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Man kann sowohl die Gehäusekonstruktion als auch die Kupplungsscheibenkonstruktion
als antreibendes oder angetriebenes Organ benutzen, ohne daß irgendwelche Schwierigkeiten
auftreten; die massiven Lager für die Welle arbeiten lange Zeit hindurch mit einer
Selbstschmierungswirkung. Ferner kann man- die erfindungsgemäße Kupplung bei Kraftübertragungseinrichtungen
unterschiedlicher Leistungsfähigkeit verwenden, da es zu diesem Zweck nur erforderlich
ist, die Viskosität der Kupplungsflüssigkeit zu ändern.
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Bei einer Anordnung, bei der das Gehäuse 114
als antreibendes
Organ wirkt, z. B. da es mit der Antriebsriemenscheibe unmittelbar gekuppelt ist,
während die Kupplungscheibe 142 als angetriebenes Organ arbeitet, erhöht
sich die Drehzahl der Kupplungsscheibe annähernd im Verhältnis zur Drehzahl des
Gehäuses, bis ein Punkt maximaler Drehzahl erreicht wird, jenseits dessen die Drehzahl
der Kupplungsscheibe rasch abnimmt und schließlich so weit zurückgeht, daß sich
die Kupplungsscheibe kaum mehr dreht. Die maximale Drehzahl wird bei einem solchen
Antriebsaggregat durch die Temperatur- und Ausdehnungscharakteristik der Flüssigkeit
174 bestimmt.