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Temperaturabhängig schaltende Reibungskupplung Die Erfindung bezieht
sich auf eine temperaturabhängig schaltende Reibungskupplung, insbesondere für den
Antrieb des Lüfters von wassergekühlten Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer
Kupplungsglocke, in deren Hohlraum ein als Reibflächenträger ausgebildeter elastischer
schalenförmiger Körper angeordnet ist, der einen der Reibfläche der Kupplungsglocke
angepaßten, durch axiale Schlitze unterbrochenen Ansatz und Anschläge in axialer
Richtung aufweist und durch Bewegung der Betätigungseinrichtung in Achsrichtung
eine Durchmesseränderung erfährt.
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Bekannt ist eine handgeschaltete Kupplung, wobei ein Weichgummikörper
in einem glockenförmigen Kupplungsteil angeordnet ist. Dieser Weichgummikörper ist
mit einem auf der Abtriebswelle drehfest, aber axial beweglichen Nabenkörper und
den Reibflächenträgern fest verbunden. Beim Einrücken der Kupplung wirkt die Betätigungseinrichtung
auf das Ausrücklager und erteilt dem Nabenkörper eine axiale Bewegung entgegen der
Federkraft der Rückholfedern, wodurch der Weichgummikörper eine Durchmesseränderung
erfährt und die Reibflächen zur Anlage an der Gegenreibfläche des glockenförmigen
Kupplungsteiles kommen. Nachteilig bei einer solchen Konstruktion ist, daß ein Angreifen
der Betätigungseinrichtung in der Mitte, d. h. in der Kupplungsachse, nicht
möglich ist, da der Weichgummikörper infolge seiner Gummi-Elastizität eine zentrale
Führung durch den Nabenkörper erfordert. Weiter ist eine drehfeste, aber axial verschiebbare
Verbindung des Kupplungsteiles im Bereich der Mantelfläche sowie eine Zentrierung
an dem Gummikörper selbst unmöglich, da in einem solchen Fall die Kupplung nicht
mehr die notwendige Betriebssicherheit aufweist. Infolge der großen Wandstärke des
Weichgummifederkörpers, die vorhanden sein muß, damit dieser eine genügende Stabilität
aufweist, besitzt dieser eine große Masse. Zum Einrücken der Kupplung werden große
axiale Schaltwege notwendig, da die Gummiteilchen nicht nur in radialer Richtung,
sondern nach allen Seiten ausweichen und demzufolge der Gummikörper keine hohen
Anpreßdrücke der Reibbeläge in der Kupplungsglocke erlaubt.
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Bei einer bekannten temperaturabhängig schaltenden Reibungskupplung
für Lüfter ist die mit der Antriebskeilriemenscheibe verbundene Kupplungsglocke
in einem Gehäuse gelagert. Auf der anderen Seite der Kupplung befindet sich die
Lagerung für das Abtriebsteil, welches ebenfalls glockenförmig ausgebildet ist und
koaxial in die Kupplungsglocke ragt. In diesem Abtriebsteil sind die Reibflächenträger
radial beweglich geführt. Dabei stehen diese Reibflächenträger über Hebel mit einem
zentral angeordneten und unter der Einwirkung einer Rückholfeder stehenden Teil
in Verbindung, wobei auf dieses zentrale Teil die Betätigungseinrichtung wirkt.
Abgesehen von dem hohen Bauaufwand, den eine solche Kupplung erfordert, ist es infolge
der auf beiden Seiten der Kupplungsglocke angeordneten Lagerung nicht möglich, diese
raumsparend auszubilden. Die Führungen für die Reibflächenträger in dem Abtriebsteil
müssen sehr genau bearbeitet werden, damit eine einwandfreie Funktion gewährleistet
ist. Ebenso erfordert das zentral angeordnete und mit den Hebeln verbundene Teil
eine exakte Führung. Bedingt durch einen solchen Bauaufwand wird eine derartige
Konstruktion sehr teuer in der Herstellung und ist außerdem infolge ihres hohen
Platzbedarfes nicht ohne weiteres zwischen der Brennkraftmaschine und dem Wasserkühler
unterzubringen.
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Eine temperaturabhängig schaltende Reibungskupplung, wobei der Lüfter
über eine zentral betätigte Konuskupplung mit der Antriebs-Keilriemenscheibe verbindbar
ist, wurde ebenfalls bekannt. Die Betätigungseinrichtung für diese Reibungskupplung
durchsetzt die Wasserpumpe und die Antriebswelle und wirkt auf die starre Reibscheibe,
wobei diese Reibscheibe über ein Federelement fest mit dem Antrieb verbunden ist
und selbst keine federnden Eigenschaften aufweist.
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Weiter sind temperatarabhängig schaltende Kupplungen bekannt, die
entweder eine als Tellerfeder ausgebildete Bimetall-Scheibe besitzen, die durch
Temperaturänderung zur Anlage an einer Gegenreibfläche gebracht wird, oder als Blattfedern
ausgebildete Bimetalle wirken auf ein als Kniehebel ausgebildetes Hebelsystem und
erzeugen damit eine radiale Bewegung der Reibbacken der Kupplung. Derartige
Konstruktionen
eignen sich jedoch nicht für temperaturabhängig schaltende Lüfterkupplungen,
da bei der geforderten Temperaturdifferenz zwischen Einschalt- und Ausschaltstellung
die Anpreßkraft beispielsweise der Bünetallscheibe zur Leistungsübertragung nicht
ausreicht oder bei genügend großer Anpreßkraft die Temperaturdifferenz zwischen
dem Einschalt- und Ausschaltvorgang viel zu groß ist. Bei den als Blattfedem ausgebildeten
Bünetallen ist ein gleichmäßiges Arbeiten der einzelnen Reibbacken i nicht gewährleistet,
da ein genau gleichzeitiges Arbeiten der voneinander getrennten Birnetalle praktisch
nicht möglich ist.
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Zur Erzeugung der Anpreßkraft sind bei Kupplungen längs der Mantellinie
geschlitzte Tellerfedem i
bekannt. Diese Tellerfedern dienen jedoch nicht
der übertragung der Drehrnomente, d. h., sie liegen nicht im Kraftfluß der
Kupplung.
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Bei einer weiteren bekannten, in Abhängigkeit von der Temperatur schaltenden
Kupplung für den Ventilatorantrieb für wassergekühlte Brennkraftmaschinen ist ein
Reibband drehfest mit einem den Lüfter tragenden Kupplungsteil verbunden. Auf einen
in der Drehachse gelagerten, mit dem Kupplungsteil um-
laufenden Hebel wirkt
in Umfangsrichtung auf der einen Flanke ein Thermostat und auf der anderen eine
Rückholfeder. Mit dem in axialer Richtung umgebogenen Ende greift dieser Hebel durch
eine Aussparung des Lüfters in ein weiteres mit dem Reibband verbundenes Teil ein.
Bei Temperaturanstieg dehnt sich der unmittelbar hinter dem Kühler angeordnete Thermostat
aus und bewirkt so ein Verdrehen des Hebels und damit ein Betätigen der Kupplung.
Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß über mehrere Teile die Bewegung des
Thermostaten auf das Reibband übertragen und dadurch die Betriebssicherheit herabgesetzt
wird. Zur kraftschlüssigen Verbindung des Thermostaten mit dem Hebel ist eine Rückholfeder
notwendig. Außerdem stellen sowohl der Thermostat als auch die Rückholfeder und
der Hebel beim Umlaufen des Lüfters eine starke Unwucht dar, da die Schwerpunkte
dieser Teile nicht mit der Drehachse zusammenfallen und ungleichmäßig am Umfang
verteilt sind, Die Anwendung eines Reibbandes ist sehr nachteilig, denn an dem Reibband
greift entsprechend seinem Gewicht und der Drehzahl im eingerückten. Zustand eine
Fliehkraft an, welche zusätzlich zu# Betätigungskraft dieses an das Antriebsteil
der Kupplung drückt. Ein Lösen der Kupplung ist bei hoher Drehzahlnur mit einem
sehr leichten Reibband gewährleistet, was aber wiederum einem Reibband mit sehr
geringer Formstabilität entspricht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, betrieb5sichere
und weitgehend wartungsfreie, in Abhängigkeit von der Temperatur schaltende Reibungskupplung
zu schaffen, die eine geringe Baulänge aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der schalenförmige
Körper aus einer einstückigen, das Drehmoment übertragenden Federschale mit geringer
Wandstärke besteht, die in an sich bekannter Weise längs der Mantellinie bis in
die Nähe des Mittelpunktes gehende Schlitze aufweist und im Bereich der Mantelfläche
drehfest, aber axial verschiebbar mit einem Kupplungsteil verbunden ist. Zur Betäti
'gung der erfindungsgemäßen Kupplung sind nur sehr kleine Schaltwege erforderlich,
da die dünnwandige Federschale bei der axialen Bewegung der Betätigungseinrichtung
eine DurchmesseränderUng erfährt und nur in radialer Richtung ausweicht. Der Einkuppelvorgang
erfolgt sehr rasch, und der Verschleiß der Reibbeläge ist auch nach häufigem Schalten
äußerst gering, so daß die erfindungsgemäße Kupplung weitgehend wartungsfrei ist.
Entsprechend der durch die jeweilige Betätigungseinrichtung auf die Federschale
wirkenden Kraft bzw. je nach der erforderlichen RüclcstQllkraft der Federschale
auf die Betätigungseinrichtung enden die vom Außendurchmesser ausgehenden und längs
der Mantellinie verlaufenden Schlitze mehr oder weniger weit entfernt vom Mittelpunkt.
Da diese Federschale gleichzeitig das Drehmoment von der Kupplungsglocke auf das
Kupplungsteil überträgt und die Verbindung der Federschale mit dem Kupplungsteil
drehfest ist, aber eine axiale Verschiebung zuläßt, wird die Montage der erfindungsgemäßen
Kupplung sehr einfach, denn die Federschale wird lediglich in axialer Richtung auf
das Kupplungsteil aufgeschoben. Diese einfache, aus wenigen Teilen bestehende Kupplung
gemäß der Erfindung ist äußerst kompakt in ihrem Aufbau und weist daher eine sehr
kurze Baulänge auf, wodurch sie ohne weiteres nachträglich zwischen der Brennkraftmaschine
und dem Wasserkühler eingebaut werden kann.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die Federschale im Bereich
der Mantelfläche Aussparungen auf, durch welche zur drehfesten, aber axial verschiebbaren
Verbindung mit dem Kupplungsteil verbundene Mitnehmer greifen, die gleichzeitig
zur Zentrierung der Federschale dienen. Durch die Doppelfunktion der Mitnehmer,
nämlich die drehfeste Verbindung des Kupplungsteiles mit der Federschale zu schaffen
und gleichzeitig die Zentrierung der Federschale zu übernehmen, wird der Aufbau
der Kupplung äußerst einfach, und die exakte Zentrierung der Federschale ergibt
eine einwandfreie Funktion und damit eine hohe Betriebssicherheit der Kupplung.
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Erfindungsgemäß sind die axialen Anschläge für den Federkörper auf
dem getriebenen Kupplungsteil angeordnet. Ein Verschleiß des Federkörpers an den
axialen Anschlägen ist damit ausgeschlossen, denn die axialen Anschläge und der
Federkörper rotieren ständig mit derselben Drehzahl, so daß diese nur als Auflager
für den Federkörper dienen.
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In den Figuren sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Kupplung, wobei die Betätigungseinrichtung als Thermostift ausgebildet ist, F i
g. 2 einen Längsschnitt durch die Kupplung, wobei die Betätigungseinrichtung
durch einen im Kühlwasser angeordneten Fühler gesteuert wird, F i g. 3 einen
Längsschnitt durch die Thermokapplung, die als Betätigungseinrichtung eine Drackdose
aufweist, F i g. 4 die als geschlitzte tellerartige Feder ausgebildete Federschale,
F i g. 5 einen als dreiarmige Blattfeder ausgebildeten Federkörper, F ig.
6 einen Längsschnitt durch die Kupplung, wobei der Federkörper als Blattfeder
ausgebildet ist, und F i g. 7 die Draufsicht gemäß F i g. 6.
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In F i g. 1 ist das Antriebsorgari eine Keilriemenscheibe
1, auf welcher mittels Schrauben 2 die Kupplungsglocke 3 befestigt
ist. Auf den Zapfen 4 der Kupplungsglocke 3 ist das Kupplungsteil
5 mittels der
beiden Kugellager gelagert, die auf dem Zapfen
4 durch den Sicherungsring 7 und in dem Kupplungsteil 5 durch den
Sicherungsring 8 gegen axiale Verschiebung gesichert sind.
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Der als geschlitzte tellerartige Federschale 9, wie in F i
g. 4 als Einzelteil dargestellt, ausgebildete Federkörper besitzt Aussparungen
10, Schlitze 11 und einen zylinderförmigen Ansatz 12, auf welchem
der Reibbelag 13 sitzt, der durch die Schlitze 11 unterbrochen ist.
Das Kupplungstell 5 ist mit Mitnehmem 14 und einem ringförmigen axialen Anschlag
15 versehen. Der Lüfter 16 wird zusammen mit dem Flansch
17
durch die Schrauben 18 mit dem Kupplungsteil 5 verbunden.
In einer Einstellbüchse 20, welche in den Flansch 17 geschraubt ist und durch
die Kontermutter 21 gesichert wird, sitzt der Thermostat 19, der mit dem
kleinen Bolzen 22 auf die Federschale 9 wirkt.
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Die in F i g. 2 dargestellte temperaturabhängig geschaltete
Kupplung unterscheidet sich von der nach F i g. 1 nur durch eine andere Betätigungseinrichtung.
Der im Kühlwasser sitzende Fühler 24 wirkt auf die als Elektromagnet 25 ausgebildete
Betätigungseinrichtung, welche in einem feststehenden, beispielsweise am Motor befestigten
Arm 30 angeschraubt ist. In F i g. 3 ist die Betätigungseinrichtung
eine Druckdose 31, die in dem feststehenden Arm 30 angeordnet ist
und durch ein Kapillarrohr 32 mit dem im Kühlwasser sitzenden Fühler 24 in
Verbindung steht.
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Der Federkörper nach F i g. 5 ist als dreiarmige Blattfeder
27 ausgebildet, wobei jeder Arm eine Aussparung 10 aufweist. Die F
i g. 6 und 7 zeigen einen Federkörper, der aus einer sich diametral
erstreckenden Blattfeder 28 besteht. Der Kupplungsteil 5 ist mit zwei
gegenüberliegenden Mitnehmern 29 versehen, die zur Mitnahme der Blattfeder
28 sowie zum Befestigen des Lüfters 16 und des Flansches
17 dienen.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der temperaturabhängig schaltenden
Reibungskupplung beschrieben.
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In F i g. 1 ist unmittelbar nach dem Wasserkühler
23 der Thermostift 19 angeordnet. Die Temperatur der Luft, die den
Thennostift 19 beaufschlagt, steigt oder fällt entsprechend der Temperatur
des Kühlers 23 und damit der des Kühlwassers. Analog der Erwärmung dehnt
sich der Thermostift 19 aus und drückt mit dem kleinen Bolzen 22 auf die
Federschale 9, die sich an dem ringförmigen axialen Anschlag 15 abstützt.
Das Kupplungsteil, 5 greift mit den Mitnehmern 14 durch die Aussparungen
10 der Federschale 9 und stellt so die drehfeste Verbindung her. Ebenfalls
fest mit dem Kupplungsteil 5 ist der Lüfter 16 und der Flansch
17 verbunden. Bei einer bestimmten Erwärmung des Thermostiftes
19 ist die axiale Bewegung des Bolzens 22 so groß, daß durch das Zusammendrücken
der Federschale 9, die sich an dem Anschlag 15 des Kupplungsteiles
5 abstätzt, die Durchmesservergrößerung am zylinderförmigen Ansatz 12 so
groß ist, daß dieser gegen die zylindrische Innenwand der Kupplungsglocke gedrückt
wird. Dabei wird das Kupplungsteil 5 und damit auch der mit ihm fest verbundene
Lüfter 16 angetrieben. Mit zunehmender Drehzahl des Lüfters 16 steigt
auch die Fliehkraft des zylinderförmigen Ansatzes 12 und unterstützt die vom Thermostift
19 ausgeübte Kraft auf die Federschale 9. Das Zusammenwirken der Betätigungskraft
des Thermostiftes 19 und der Fliehkraft bewirkt einen sehr rasch verlaufenden
Einrückvorgang, wodurch der Verschleiß äußerst gering ist und die Lebensdauer der
Kupplung sehr hoch ist. Durch diese kraftschlüssige Verbindung der Federschale
9 mit der Kupplungsglocke 3 ist die Kupplung eingerückt, und durch
den rotierenden Lüfter wird eine intensive Kühlung des Kühlwassers erzielt. Unterschreitet
die KÜhlwassertemperatur einen vorher bestimmten Wert, so ist auch die Temperatur
der Luft zwischen dem Kühler 23 und dem Thermostift 19 geringer, der
Thermostift 19 wird abgekühlt, wobei der Bolzen 22 zurückgeht, Da die gleichzeitig
als Rückholfeder wirkende Federschale 9 immer kraftschlüssig mit dem Bolzen
22 verbunden ist, wird der Durchmesser des zylinderförmigen Ansatzes 12 bei zurückgehendem
Bolzen 22 kleiner, und der Reibbelag 13
hebt sich von der zylindrischen Inneawand
der Kupplungsglocke 3 ab, wodurch der Lüfter vom Antrieb getrennt wird.
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Durch Verdrehen der Einstellbüchse 20 im Flansch 17 kann die
gewünschte Schalttemperatur leicht eingestellt werden. Auch kann damit sehr einfach
die Abnutzung der Reibbeläge, wie sie nach langem Betrieb entsteht, kompensiert
werden.
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Der in F i g. 2 im Kühlwasser angeordnete Fühler 24 ist mit
Kontakten versehen, die bei überschreiten einer bestimmten Kühlwassertemperatur
den Stromkreis schließen und damit ein Ansprechen des Elektromagneten
25 bewirken, wenn der Schalter 26, welcher beispielsweise mit dem
Zündschalter gekuppelt werden kann, geschlossen ist. Der Elektromagnet
25
drückt dann mit seinem Bolzen 22 auf die Federschale 9, und der
Kupplungsvorgang erfolgt entsprechend der Beschreibung in F i g. 1. Beim
Absinken der Kühlwassertemperatur unter einen bestimmten Wert unterbricht der Fühler
den Stromkreis, der Bolzen 22 des Elektromagneten 25 geht zurück, und der
Lüfter wird entkuppelt.
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In F i g. 3 erfolgt die axiale Bewegung des kleinen Bolzens
22 durch Volumen- und Druckänderung des im Fühler 24 befindlichen Mediums entsprechend
der Kühlwassertemperatur. Diese Volumen- und Druckänderung des Mediums wirkt über
das Kapillarrohr 32 auf die Druckdose 31 und damit auf den Bolzen
22, welcher die Federschale 9 betätigt. Der Ein- und Auskuppelvorgang entspricht
dem in F i g. 1 beschrienen. Zwischen dem feststehenden Bolzen 22 und der
Federschale 9 kann ein besonderes Drucklager angeordnet werden.
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Bei der Ausbildung der Kupplung gemäß den F i g. 6 und
7 kann das Kupplungsteil 5 Mitnehmer 29
aufweisen, zwischen
denen die Blattfeder 28 angeordnet ist. Jedoch braucht bei sämtlichen Ausführungsformen
das Kupplungsteil mit den Mitnehmern nicht aus einem Stück zu bestehen, sondern
diese Mitnehmer können mit dem Flansch und dem Lüfter auf dem Kupplungsteil befestigt
werden.