DE19702973C2 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer von einem abgetriebenen Bauteil gebildeten Arbeitskam­ mer, in der eine mit einem angetriebenen Bauteil fest verbun­ dene Antriebsscheibe drehbar angeordnet ist, und die zur Ein­ stellung des Kupplungsgrades mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt und entleert werden kann, die einer über eine Flüs­ sigkeitsverbindung an der Arbeitskammer angeschlossenen Vor­ ratskammer entnehmbar ist, die als eine Druckkammer ausgebil­ det ist, deren Druck von außen steuerbar ist.

Eine Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art ist aus der DE 34 24 385 C2 bekannt. Solche Flüssigkeitsreibungskupplungen weisen den Vorteil auf, daß bewegte Ventilteile zum Öffnen oder Schließen der Flüssigkeitsverbindung zwischen Arbeits­ kammer und Vorratskammer überflüssig werden, so daß die Le­ bensdauer solcher Kupplungen größer als bei anderen Kupp­ lungsbauarten ist. Bei der bekannten Bauart hat man, um die viskose Arbeitsflüssigkeit im Kreislauf zu führen und dadurch vor einer möglichen Überhitzung zu schützen, den Zuführkanal für die Arbeitsflüssigkeit so ausgebildet, daß die vorrats­ kammerseitige Öffnung der Flüssigkeitsverbindung mit größerem radialen Abstand zur Kupplungsdrehachse angeordnet ist, als der Flüssigkeitspiegel des sich bei der Rotation des abgetriebenen Bauteils in der Vorratskammer bildenden Flüssig­ keitsrings. Durch diese Ausgestaltung kann dann bei Druckbe­ aufschlagung der Vorratskammer mit einem pneumatischen Medium das Überströmen von Flüssigkeit aus der Vorratskammer in die Arbeitskammer bewirkt werden, während der Rückfluß in bekann­ ter Weise durch einen im radial äußeren Bereich der Arbeits­ kammer beginnenden und mit einem Pumporgan ausgestatteten Rücklaufkanal zur Vorratskammer erfolgt. Bei druckloser Vor­ ratskammer kann durch die gewählte Ausgestaltung ein Über­ strömen von Arbeitsflüssigkeit von der Arbeitskammer zur Vor­ ratskammer durch den Verbindungskanal nicht stattfinden. Dies geschieht ausschließlich durch den Rücklaufkanal.

Wenngleich solche Flüssigkeitsreibungskupplungen bestimmte Vorteile aufweisen, so ergeben sich durch das dort gewählte Zu- und Ablaufsystem gewisse Nachteile dadurch, daß die exak­ te Menge der im Arbeitsraum verbleibenden Flüssigkeit schwie­ rig zu regeln ist. Das im Arbeitsraum angeordnete Pumpsystem fördert abhängig von Relativdrehzahl (Differenz von Antriebs­ drehzahl und Lüfterdrehzahl ist gleich Schlupf) zwischen Pri­ märscheibe und Gehäuse, der Viskosität der Arbeitsflüssig­ keit, der Lüfterdrehzahl und der im Arbeitsraum vorhandenen Flüssigkeitsmenge wieder eine bestimmte Menge pro Zeiteinheit in den Vorratsraum zurück, so daß ein definierter Zustand nur dann eintreten kann, wenn die zu- und ablaufende Flüssig­ keitsmenge im Gleichgewichtszustand ist. Änderungen der Rand­ bedingungen, wie Antriebsdrehzahländerungen, Lüftermomentän­ derungen o. dgl. verstimmen dieses Gleichgewicht und verursa­ chen mit zeitlicher Verzögerung eine Änderung der sich ein­ stellenden Lüfterdrehzahl. Als nachteilig kann auch noch an­ gesehen werden, daß in der Arbeitskammer vor und hinter der Antriebsscheibe nur sehr schwer eine gleichmäßige Flüssig­ keitsverteilung erreichbar ist, weil die Flüssigkeitsvertei­ lung vom Zulauf her zunächst radial nach außen hin erfolgt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (EP-A 0 005 927), das Öl über druckbeaufschlagte Kolben in die Arbeitsspalte einer Flüssigkeitsreibungskupplung mit T-förmig ausgebildeter An­ triebsscheibe zu drücken. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß sich die druckluftbeaufschlagten Verdrängungskolben außerhalb des Durchmessers der Antriebsscheibe befinden und somit die Kupplung in ihren radialen Abmessungen erheblich vergrößern, was insbesondere auch für das Trägheitsmoment gilt. Darüber hinaus ist es nachteilig, diese Kupplung über ein Fluid, sei es gasförmig oder flüssig, anzusteuern.

Eine Reihe weiterer Vorschläge (DE 195 48 065 A1, DE-PS 11 90 476, DE 37 14 086 A1) beschäftigen sich auch mit der Frage, wie Kupplungsflüssigkeit von außen entweder in die Vorrats­ kammer oder in die Arbeitskammer gedrückt werden kann. Dabei werden elastisch nachgiebige Wände, die über Thermoelemente bewegt werden, oder auch aus flexiblem Material hergestellte Dosen vorgesehen, die auf Temperaturänderungen ansprechen und bei ihrer Ausdehnung Kupplungsflüssigkeit in die Arbeitskam­ mer drücken und beim Zusammenziehen wieder zurückholen. Die Bauweise solcher Kupplungen weicht von jener der eingangs ge­ nannten DE 34 24 385 C2 ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeits­ reibungskupplung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine schnelle und einfache Regelung des Füllungsgrades erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Flüssigkeitsrei­ bungskupplung der eingangs genannten Art, ausgehend von der Erkenntnis, dass ein Kreislauf für die Arbeitsflüssigkeit nicht unbedingt notwendig ist, vorgeschlagen, dass die Druck­ kammer von einer koaxial zur Arbeitskammer angeordneten zy­ lindrischen Bohrung mit einem darin beweglich gelagerten Kol­ ben gebildet wird, dessen Hub gesteuert wird, dass die Flüs­ sigkeitsverbindung ausschließlich aus einem oder mehreren Ka­ nälen besteht, die im radial äußersten Bereich der Arbeits­ kammer münden und dass die Verbindungskanäle zwischen Arbeitskammer und Vorratskammer in etwa radial nach außen ver­ laufen.

Durch diese Ausgestaltung erfolgt der Zufluss in die Arbeits­ kammer bei Erhöhung des Druckes der Vorratskammer radial von außen nach innen, so dass, bedingt durch die Drehung der Kupplung, keine Gefahr des Mitreißens von in der Arbeitskam­ mer noch vorhandener Luft besteht. Auch die Entleerung der Arbeitskammer erfolgt wieder radial von außen zur Vorratskam­ mer, so dass der Füllungsgrad in der Kupplung ausschließlich vom Druckniveau in der Vorratskammer abhängig ist. Diese Maß­ nahme ermöglicht es zum einen den Zu- und Ablauf schnell zu bewirken und dafür zu sorgen, dass ein stabiler Füllungszu­ stand aufrechterhalten bleibt. Dabei ist aber nur eine koaxi­ ale Vorratskammer vorgesehen, die eine relativ einfache Bau­ weise ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung kann zur Hubsteuerung des Kol­ bens ein auf diesen wirkendes Druckmedium vorgesehen sein, dessen Druck gesteuert wird.

In Weiterbildung der Erfindung können zur Druckerzeugung Druckzylinder vorgesehen sein, deren Kolben von einem steuer­ baren Antrieb bewegbar sind. Als Antrieb kann dabei ein vom Kühlmittel beaufschlagtes Dehnungselement dienen. Es kann ein von einer drehbaren Nockenscheibe betätigter Stößel vorgese­ hen sein oder als Antrieb ein Elektromotor, dessen Abtriebs­ welle als eine in ein Innengewinde des Kolbens eingreifende Gewindespindel ausgebildet ist. Als Antrieb kann auch ein E­ lektromagnet vorgesehen sein, der ebenso wie die anderen ge­ schilderten Antriebe abhängig von Motorparametern steuerbar ist. Schließlich ist es auch möglich, eine fahrzeugeigene Druckversorgung auszunützen und die Druckbeaufschlagung der Kupplung über Steuerventile oder Druckregelventile zu bewir­ ken. Durch die Anordnung eines Drehzahlsensors und einer Steuereinheit kann dabei die Lüfterdrehzahl in einem ge­ schlossenen Regelkreis geregelt werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann schließlich in der Ar­ beitskammer im Bereich der Drehachse eine Druckausgleichsboh­ rung vorgesehen sein, um eine Überdruckbildung in der Ar­ beitskammer zu vermeiden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in der zentral gelegenen Vorratskammer ein axial beweglicher Kolben angeordnet sein, dessen Hub über einen Stößel eines Dehn­ stoffelementes gesteuert wird, dessen Fühlteil frontseitig an der Kupplung angeordnet ist.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Flüssigkeitsreibungskupplung in der Stellung bei ge­ leerter Arbeitskammer,

Fig. 2 die Flüssigkeitsreibungskupplung der Fig. 1 bei ge­ füllter Arbeitskammer,

Fig. 3 den Schnitt durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung in einer anderen Ausführungsform, die aber, wie die Fig. 1 und 2, einen in der Vorratskammer bewegli­ chen Kolben verwendet,

Fig. 4 die Darstellung einer ersten Bauform eines für die Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ver­ wendbaren Druckerzeugers,

Fig. 5 eine erste Variante eines Druckerzeugers,

Fig. 6 eine zweite Variante eines Druckerzeugers,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit für einen Druck­ erzeuger für eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsrei­ bungskupplung,

Fig. 8 die Darstellung eines 3/3-Wegeventiles zur Steuerung des Kupplungsdruckes aus einer fahrzeugeigenen Öl- oder Luftdruckquelle, in der Stellung, in der die Druckversorgung blockiert ist,

Fig. 9 das 3/3-Wegeventil nach Fig. 8, jedoch in der Stel­ lung, in der die Kupplung mit Druck versorgt wird,

Fig. 10 das Ventil der Fig. 8, jedoch in der Stellung, in der der Steuerdruck über einen Rücklauf aus der Kupplung entweichen kann,

Fig. 11 ein Druckregelventil, das ebenfalls an die fahrzeug­ eigene Druckversorgung angeschlossen und über ein Dehnstoffelement beaufschlagt ist,

Fig. 12 ein Druckregelventil ähnlich Fig. 11, das jedoch ü­ ber einen Elektromagneten beeinflusst ist,

Fig. 13 die Anordnung eines Drehzahlsensors an einer erfin­ dungsgemäßen Kupplung, und

Fig. 14 eine Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform, bei der als Druckerzeuger ein Dehnstoffelement vorgesehen ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung ge­ zeigt, die eine Antriebswelle 1 und eine darauf drehfest be­ festigte Antriebsscheibe 2 aufweist. Der Abtrieb dieser Kupp­ lung erfolgt über ein Gehäuse, welches aus einem Grundkörper 3 und einem Deckelteil 4 besteht. Beide Kupplungsteile 3 und 4 sind drehfest miteinander verbunden und über ein Kugellager 5 auf der Antriebswelle 1 gelagert. Die Antriebsscheibe 2, die zur Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes eine Profi­ lierung 6 aufweist, läuft in eine Arbeitskammer 7 um, die durch eine Trennwand 8 begrenzt und von einer Vorratskammer 9 abgeteilt ist. Die Vorratskammer 9 ist über zwei sich diamet­ ral gegenüberliegende Rücklaufkanäle, einen radial verlaufen­ den Kanal 10 und einen axial verlaufenden Kanal 11 mit der Arbeitskammer 7 verbunden. Die Arbeitskammer 7 und die Vor­ ratskammer 9 sind dabei ausschließlich über diese beiden Rücklaufkanäle 10, 11 miteinander verbunden. Die Trennwand 8 ist im übrigen durchgehend ausgebildet und besitzt - außer einer noch zu beschreibenden Ausgleichsöffnung 39 - keine weitere Verbindungsöffnung.

Die Vorratskammer 9 ist als eine zylindrische Bohrung 13 im Deckel 4 ausgebildet. In dieser Bohrung 13 ist ein Kolben 14 beweglich gelagert, der in einer Ringnut 15 einen Radial­ dichtring 16 aufweist. Zwischen der Stirnfläche 17 des Kol­ bens 14 und der Trennwand 8 befindet sich eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 18, die Kegelstumpfform hat und, wie in Fig. 1 gezeichnet, im zusammengedrückten Zustand in eine von der Stirnfläche 17 gebildete Ausnehmung im Kolben 14 hereinpasst, so dass eine kompakte Bauart erreicht werden kann. Der Kolben 14 wiederum greift mit einem Ansatz 30 abge­ dichtet durch eine die Vorratskammer 9 auf der vom Kolben ab­ gewandten Seite begrenzende Trennwand 31 hindurch und liegt mit seiner freien Stirnfläche in einem Druckraum 32, der über die Anschlussbohrung 33 im Sinne des Pfeiles 34 mit einem äu­ ßeren Druck, pneumatisch oder hydraulisch, beaufschlagt wer­ den kann. Die Anschlussbohrung 33 ist in einem zentralen, ko­ axial zu der Drehachse 35 angeordneten Anschlussblock 36 vor­ gesehen, der wiederum über Kugellager 37 an einem Kragen 38 des Deckels 4 gelagert ist. Die beiden in der Trennwand 31 vorgesehenen Dichtungsringe, die gegenüber dem Ansatz 30 ab­ dichten, können jeweils auf das in der Kammer 32 wirkende Steuermedium und auf die in der Vorratskammer 9 befindliche Arbeitsflüssigkeit abgestimmt werden.

Das Kupplungsgehäuse 3 kann in an sich bekannter Weise unmit­ telbar mit Lüfterschaufeln bestückt werden, die beispielswei­ se an den Bohrungen 39 befestigt werden.

Die Arbeitsweise ist wie folgt. In der Fig. 1 ist die Kupp­ lung abgeschaltet. Über die Bohrung 33 wird ein Steuerdruck auf die Kammer 32 aufgebracht, der groß genug ist, um den Kolben 14 gegen die Wirkung der Feder 18 in die in Fig. 1 ge­ zeigte Stellung zu drücken, in der der Kolben 14 an der Trennwand 8 anliegt. Die gesamte Arbeitsflüssigkeit befindet sich in diesem Zustand in der Vorratskammer 9.

Fig. 2 zeigt den voll eingeschalteten Zustand der Kupplung, bei dem die Steuerkammer 32 drucklos ist und der Kolben 14 daher durch die Kraft der Feder 18 nach links bis zum An­ schlag an der Trennwand 31 verschoben ist. In dieser Lage ist die gesamte, zunächst in der Vorratskammer 9 befindliche Ar­ beitsflüssigkeitsmenge durch die Verbindungskanäle 10 und 11 in die Arbeitskammer 7 gedrückt, die daher radial von außen her mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt worden ist. Um bei diesem Füllvorgang durch den nach links verschobenen Kolben 14 keinen Unterdruck in dem in der Bohrung 13 gebildeten, die Feder 18 aufnehmenden Raum vor der Trennwand 8 entstehen zu lassen, ist in der Trennwand 8 eine Bohrung 39 vorgesehen, durch die ein Druckausgleich möglich ist.

Aus den Fig. 1 und 2 wird ohne weiteres aber auch ersicht­ lich, dass außer den beiden dargestellten Endstellungen, die der Anwendung des maximalen Steuerdruckes in der Kammer 32 bzw. des minimalen Steuerdruckes entsprechen, je nach verwen­ detem Steuerdruck auch noch beliebige Zwischenstellungen des Kolbens 14 möglich sind, die jeweils auch einem verschiedenen Füllungsgrad in der Arbeitskammer 7 entsprechen. Dabei er­ folgt sowohl der Zufluss von Arbeitsflüssigkeit in die Ar­ beitskammer als auch der Rückfluss ausschließlich über die Kanäle 10 und 11. Die Arbeitsflüssigkeit wird daher keinem Kreislauf unterworfen, wie man dies bisher als unumgänglich angesehen hat. Die neue Art der Steuerung weist neben dem Vorteil, dass die Befüllung der Arbeitskammer 7 stets radial von außen her erfolgt, auch den Vorteil auf, dass der Befül­ lungsgrad stabil in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens 14 und somit wiederum abhängig vom aufgebrachten Steuerdruck ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Abwandlung insofern, als hier die Ver­ bindungskanäle 10 parallel zu einer durchgehend angeordneten Trennwand 8' verlaufen und dass hier neben der dadurch be­ dingten etwas anderen Form des Deckels 4' auch ein Kolben 14' verwendet wird, der keinen Fortsatz 30 aufweist und an seinem Umfang unmittelbar mit den beiden Dichtringen 40 und 41 ver­ sehen ist, die, wie auch die Dichtringe in der Trennwand 31 der Fig. 1, auf das verwendete Steuermedium und auf die Ar­ beitsflüssigkeit in der Vorratskammer 9 abgestimmt sein kön­ nen. Die Arbeitsweise weicht von jener der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 insofern ab, als hier die Kupplung durch den Steuerdruck zugeschaltet wird. Diese Bauart ist da­ her nicht "fail-safe".

Die Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Druckerzeugung für die erfindungsgemäßen Kupplungen, die aber nicht nur zur Erzeugung des Druckes für die Arbeitsflüssig­ keit, sondern auch zur Erzeugung des Druckes eines pneumati­ schen oder hydraulischen Steuermediums verwendbar sind, das für die Ausführungsformen der Kupplungen nach den Fig. 1 bis 3 verwendet wird. Hierauf wird noch eingegangen werden.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen Bauarten von Druckerzeugern, die je­ weils über ihren Anschlussnippel 56 und über eine nicht ge­ zeigte Verbindungsleitung mit der Anschlussbohrung 33 der Bauarten der Fig. 1 bis 3 verbunden sein können. Als Drucker­ zeuger ist gemäß Fig. 4 ein Zylinder 57 vorgesehen, in dem ein Kolben 58 über einen Dichtring 59 abgedichtet verschieb­ bar gelagert ist. Eine Druckfeder 60 spannt den Kolben 58 in seiner Ausgangsstellung gegen einen Sicherungsring 61 vor.

Die Kraft der Feder ist so bemessen, dass sie die Kolbenrei­ bung überwindet und den Kolben 58 aus der nicht dargestellten linken Endstellung in die Stellung nach Fig. 4 verschieben kann. Ein Ansatz 62 am Kolben 58 ist als eine Hubbegrenzung vorgesehen und an der von der Feder 60 abgewandten Seite be­ sitzt der Kolben einen Ansatz 63 mit einer Vertiefung 64, in die ein Stößel 65 eines auf seiner rechten Seite von Kühlmit­ tel umströmten Dehnstoffelementes 66 eingreift. Bei Erwärmung des Dehnstoffelementes durch das Kühlmittel, das vorzugsweise aus dem Kühlereintritt kommt, dehnt sich dieses entsprechend seiner Charakteristik aus und verschiebt den Ansatz 63 mit dem Kolben 58 nach links. Das vor dem Kolben im Raum 67 lie­ gende Volumen wird dabei verkleinert und die im Raum 67 be­ findliche Steuerflüssigkeit oder das Steuergas, wird über die vorher erwähnte, aber nicht dargestellte Verbindungsleitung - bzw. ein Schlauch - im Sinne des Pfeiles 34 zu der Bohrung 33 geführt. Natürlich wäre es auch möglich, das Dehnstoffelement 66 mit seinem Stößel 65 unmittelbar anstelle des Anschluss­ blockes 36 der Fig. 1 vorzusehen, so dass das dann von Kühl­ luft angeströmte Dehnstoffelement unmittelbar auf den Kolben 14 wirkt. Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform weist aber den Vorteil auf, dass das Dehnstoffelement 66 an beliebiger Stelle dem Kühlmittelstrom ausgesetzt werden kann und die Einbaulage des Dehnstoffelementes nicht auf die Lage koaxial zur Kupplung begrenzt ist. Ein solches Dehnstoffelement kann mit Bauarten gemäß Fig. 3 zusammenarbeiten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist im übrigen der Zylin­ der 57 zusammen mit dem Dehnstoffelement 66 in einer gemein­ samen zylindrischen Halterung 87 angeordnet.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 verwendet prinzipiell den gleichen Zylinder 57 der Bauart nach Fig. 4, jedoch weist der Kolben 58 auf seiner von der Feder 60 abgewandten Seite eine Gabel 68 auf, an deren Ende mit einem Stift 69 ein Wälzlager 70 befestigt ist. Dieses Wälzlager 70 steht in Wirkverbindung mit einer Kurvenscheibe 71, die beispielsweise von einem nicht dargestellten Elektromotor gedreht werden kann und die an einer ortsfesten Halterung 72 drehbar gelagert ist. Abhän­ gig von der Form der Kurvenscheibe kann der Kolben 58 je nach Verdrehung der Kurvenscheibe verschoben werden. Wird der E­ lektromotor mit entsprechend vom Motor abgeleiteten Steuer­ signalen beaufschlagt, dann kann der Füllungsgrad der nicht gezeigten Kupplung sehr feinfühlig geregelt werden.

Wird der Druckerzeuger nach Fig. 5 bei einer Kupplung nach der Fig. 1 oder 2 eingesetzt, dann wird zur Aufrechterhaltung der "fail-safe"-Konzeption der Antrieb (Motor, Kurvenscheibe, Wälzlager) nicht selbsthemmend ausgeführt. Die Druckfeder 60 ist dabei so bemessen, dass sie bei Energieausfall den An­ trieb völlig zurückstellen kann.

Der nicht dargestellte Elektromotor kann vorzugsweise über eine Elektronik mit einem Pulsweitenmodulierten Signal beauf­ schlagt werden. Zu diesem Zweck kann dem Kupplungsgehäuse auch noch ein Drehzahlsensor zugeordnet werden, der der E­ lektronik ein Signal über die vorhandene Kupplungsdrehzahl gibt. Diese Anordnung eines Drehzahlsensors ist in Fig. 13 dargestellt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen elektrisch angetriebene Druckerzeu­ ger, wobei in Fig. 6 wiederum der Kolben 58 mit der Feder 60, ähnlich wie in den Fig. 4 und 5, vorgesehen ist. Hier ist der Kolben mit einem Hubmagneten 73 in Wirkverbindung, dessen Spule 74 von einer Elektronik 75 beaufschlagt ist und einen Anker 76 umgibt, der über einen Stößel 77 aus nicht ferromag­ netischem Material mit dem Kolben 58 in Verbindung steht. Der von der Spule 74 erzeugte Magnetfluss wird über einen Flansch 78 radial in den Anker 76 eingeführt und schließt sich an der Polfläche auf der linken Seite des Magnetkörpers 73. Der An­ ker 76 bewegt sich daher bei Strombeaufschlagung der Spule 74 nach links und verschiebt den Kolben gegen die Wirkung der Feder 60 ebenfalls nach links, so dass im Sinne des Pfeiles 34 ein Druckmittel zur Kupplung geleitet werden kann. Die Elektronik sorgt dafür, dass die Spule 74 mit einem Pulswei­ tenmodulierten Signal entsprechend der gewünschten Lüfter­ drehzahl beaufschlagt wird.

Die Fig. 7 schlägt als Antrieb für den Kolben 79 einen Elekt­ romotor 80 vor, der über eine vorzugsweise mehrgängige Tra­ pezspindel 81 in den entsprechend ausgebildeten Kolben 79 eingreift. Die Trapezspindel 81 ist dabei die Abtriebswelle des Motors 80, der wiederum über eine Halterung 82 mit dem Zylinder 57' verbunden ist, in dem der Kolben 79 bewegbar ist. Der Kolben 79 ist über einen Bügel 83 gegen Verdrehung gesichert, der in einem Schlitz 84 des Zylinders 57' geführt ist. Bei einer Drehung des Motors 80 wird daher der Kolben nach links verschoben und drückt die in dem Raum vor dem Kol­ ben 79 befindliche Menge des vorzugsweise hydraulischen Steu­ ermediums im Sinne des Pfeiles 34 zur Kupplung. Auch der Mo­ tor 80 wird über eine Elektronik vorzugsweise mit einem puls­ weitenmodulierten Signal beaufschlagt, wobei bei dieser Bau­ art zu beachten ist, dass zur Aufrechterhaltung der "fail- safe"-Konzeption der Kupplung nach den Fig. 1 und 2 der An­ trieb ebenfalls nicht selbsthemmend sein darf. Es wird des­ halb auch die mehrgängige Trapezspindel 81 vorgeschlagen.

Außer den dargestellten Möglichkeiten zur Druckerzeugung ist es natürlich auch möglich, eine Druckversorgung (Luft oder Öl) zu benutzen, die im Fahrzeug schon vorhanden ist. In die­ sem Fall können Druckregelventile oder Taktventile verwendet werden, die entsprechend gesteuert werden.

Die Fig. 8 zeigt eine erste Möglichkeit zur Verwirklichung einer Druckversorgung der eben genannten Art. Ein 3/3- Wegeventil 85 ist zu diesem Zweck mit einem Anschluss 86 ver­ sehen, der an die Druckversorgung des Fahrzeuges angeschlos­ sen ist. Ein weiterer Anschluss 89 führt zur Kupplung und ein Anschluss 88 ist der Rücklauf zur Druckversorgung. In der Stellung nach Fig. 8 ist daher die Druckzufuhr zur Kupplung blockiert. Die Fig. 9 stellt die Lage des Ventils dar, in der die Kupplung mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, der ü­ ber den Druckversorgungsanschluss 86 zum Anschluss 89 führt. Die jeweilige Ventilstellung wird dabei in an sich bekannter Weise über einen Elektromagneten 90 erreicht, der gegen eine Rückstellfeder 91 arbeitet.

Fig. 10 zeigt die Ventillage, in der die Verbindung zur Kupp­ lung, also beispielsweise zum Anschluss 33 der Fig. 1 an den Rücklauf 88 angeschlossen ist. Die Kupplung entleert sich. Eine solche Drucksteuerung nach den Fig. 8 bis 10 kann bei­ spielsweise mit erfindungsgemäßen Kupplungen nach den Fig. 1 bis 3 arbeiten. Durch eine Taktbeaufschlagung des Ventils 85 kann über eine entsprechende Steuereinheit die Lüfterdrehzahl eingestellt und geregelt werden.

Fig. 11 schlägt ähnlich den Fig. 8 bis 10 vor, eine vorhande­ ne Druckversorgung im Fahrzeug zu nutzen. Hier wird ein Druckregelventil 92 verwendet, dessen Steuerseite von einem in Richtung des Pfeiles 94 von Kühlmittel beaufschlagten Dehnstoffelement 93 beeinflusst wird. Je nach der Temperatur des im Sinn des Pfeiles 94 zugeführten Motorkühlmittels dehnt sich das Dehnstoffelement 93 und steuert damit einen propor­ tionalen Druck auch in der Kupplung, beispielsweise nach Fig. 3 aus, der eine entsprechende Füllung der Arbeitskammer be­ wirkt.

Gemäß Fig. 12 wird eine ähnliche Figuration wie in Fig. 11 vorgeschlagen. Der Unterschied ist, dass das Druckregelventil 92 auf seiner Steuerseite über einen Elektromagneten 95 be­ einflusst wird. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise zur Steuerung des Druckes in Kupplungen nach den Fig. 1 bis 3 verwendet werden. In Fig. 11 ist der Anschluss an die Druck­ versorgung wieder mit dem Bezugszeichen 86 und der Anschluss zur Kupplung mit dem Bezugszeichen 89 versehen.

Bei allen Druckversorgungs- und Steuereinrichtungen ist es zur Verfeinerung der Regelgüte sinnvoll, die tatsächliche Lüfterdrehzahl zu ermitteln und in Abhängigkeit einer Soll­ wertvorgabe die Druckversorgung zu regeln. Dadurch kann näm­ lich die Lüfterdrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis ge­ regelt werden. Fig. 13 zeigt eine mögliche Anordnung des Drehzahlsensors. Der Drehzahlsensor 96 ist über einen aufge­ pressten Halter 97 auf dem Anschlussstutzen 98 des in der Fig. 1 beschriebenen Anschlussblockes 36 befestigt. In dem Kragen 38 des Deckels 4 (Fig. 1) ist ein Element 99 angeord­ net, über welches der Sensor 96 schaltet bzw. sein Signal ge­ neriert. Im Fall eines Hallsensors beispielsweise ist das E­ lement 99 ein Permanentmagnet, im Fall eines Induktivsensors ein ferromagnetisches Material. Über ein Kabel 100 wird das Sensorsignal einer nicht dargestellten Steuereinheit zuge­ führt, die wiederum über die Taktung der Steuerventile oder die Beeinflussung der Druckerzeugung dafür sorgt, dass die Kupplung die durch eine Sollvorgabe gewünschte Drehzahl er­ hält.

Die Fig. 14 zeigt eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungs­ kupplung, die über eine Antriebswelle 101 und eine darauf drehfest befestigte Antriebsscheibe 102 angetrieben wird. Der Abtrieb dieser Kupplung erfolgt über ein Gehäuse, welches aus einem Grundkörper 103 und einem Deckelteil 104 besteht. Beide Kupplungsteile 103 und 104 sind drehfest miteinander verbun­ den und über ein Kugellager 105 auf der Antriebswelle 101 ge­ lagert. Der Antriebsscheibe 102, die zur Erhöhung des über­ tragbaren Drehmoments eine Profilierung 106 aufweist, läuft in einer Arbeitskammer 107 um, die durch eine Trennwand 108 begrenzt und von einer Vorratskammer 109 abgeteilt ist. Letz­ tere ist über zwei sich diametral gegenüberliegende Kanäle, einen radial verlaufenden Kanal 110 und einen axial verlau­ fenden Kanal 111, mit der Arbeitskammer 107 verbunden, wobei jedem Kanal 111 ein Staukörper 112 im radial äußersten Be­ reich der Arbeitskammer 107 zugeordnet ist. Soweit entspricht die Kupplung dem Stand der Technik, wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, dass die Arbeitskammer 107 und die Vorrats­ kammer 109 nur über die beiden Kanäle 110, 111 miteinander in Verbindung stehen, da die Trennwand 108 durchgehend ausgebil­ det ist und nicht - wie beim Stand der Technik - eine Ventil­ öffnung aufweist.

Erfindungsgemäß befindet sich in einer zylindrischen Bohrung 113 ein topfförmig ausgebildeter, axial beweglicher Kolben 114, der umfangseitig eine Ringnut 115 zur Aufnahme eines Ra­ dialdichtringes 116 aufweist. Zwischen der Stirnfläche 117 des Kolbens 114 und der Trennwand 108 befindet sich eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 118. Im frontseitigen Bereich des Deckelteiles 104 ist ein Dehnstoffelement 119 an­ geordnet, welches über die beiden Halter 120 und 121 über Schrauben 122, 123 mit der Stirnseite des Deckelteiles 104 derart verbunden sind, dass die Halter 120 und 121 ein Wider­ lager für das Dehnstoffelement 119 bilden. Letzteres ist als an sich bekanntes Wachselement ausgebildet und weist in sei­ nem frontseitigen außen liegenden Bereich einen von Luft umströmbaren Fühlteil 124 und in seinem nach innen gerichte­ ten Bereich einen Stößel 125 auf, der in einer muldenförmigen Vertiefung 126 des Kolbens 114 abgestützt ist. Das Dehnstoff­ element 119 ragt mit einem Teil seines Gehäuses in eine Aus­ nehmung 127 des Kolbens 114 hinein, so dass sich eine raum­ sparende axial gedrängte Bauweise ergibt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupp­ lung ist die folgende: Die Vorratskammer 109 ist als Druck­ kammer ausgebildet, mit einem viskosen Medium, z. B. handels­ üblichem Silikonöl gefüllt und steht über die Kanäle 110 und 111 in Strömungsverbindung mit der Arbeitskammer 107. Das Fühlteil 124 des Dehnstoffelementes 119 wird von durch einen Pfeil dargestellte Luft, die aus einem nicht dargestellten Kühler austritt, angeströmt und bewirkt je nach Lufttempera­ tur eine Erwärmung oder Abkühlung des in dem Dehnstoffelement befindlichen Wachses. Durch die temperaturbedingte Ausdehnung des Dehnstoffes wird der Stößel 125 nach außen gedrückt und bewegt den Kolben 114 innerhalb der Bohrung 113 gegen die Kraft der Rückstellfeder 118 in der Zeichnung nach rechts, so dass das Volumen der Vorratskammer 109 verringert und Öl aus der Vorratskammer über die Kanäle 110 und 111 in die Arbeits­ kammer 107 gedrückt wird. Je nach dem Füllungsgrad der Ar­ beitskammer 107 wird dann von der Antriebsscheibe 102 auf das Gehäuse 103 und 104 ein Drehmoment übertragen, d. h. die Kupp­ lung schaltet zu und treibt einen nicht dargestellten Lüfter zur Förderung von Kühlluft an. Der Hub des Stößels 125 bzw. die Volumenverdrängung aus der Vorratskammer 109 sind so be­ messen, dass die Zunahme des übertragbaren Drehmoments bzw. der Lüfterdrehzahl der benötigten Kühlleistungen des Kühlers entspricht. Wird diese Kühlleistung nicht mehr benötigt, sinkt die Temperatur des Kühlmittels im Kühler und damit die der durch den Kühler strömenden Luft, was zu einer Abkühlung des Dehnstoffelementes 119 und damit zu einem Zurückdrücken des Stößels 125 durch die Rückstellfeder 118 führt. Dadurch wird das Volumen der Vorratskammer 109 wieder vergrößert, so dass Öl aus der Arbeitskammer 107 über die Staukörper 112 und die Kanäle 110, 111 nachgefordert wird - die Arbeitskammer 107 wird somit leergepumpt, und die Kupplung schaltet ab. Die Kanäle 110 und 111 fungieren somit einerseits als Zulauf- und andererseits als echte Rücklaufkanäle.

Claims (19)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer von einem abge­ triebenen Bauteil gebildeten Arbeitskammer (7, 107), in der eine mit einem angetriebenen Bauteil (1, 101) fest verbundene Antriebsscheibe (2, 2', 102) drehbar ange­ ordnet ist und die zur Einstellung des Kupplungsgrades mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt und entleert werden kann, die einer über eine Flüssigkeitsverbindung an der Arbeitskammer angeschlossenen Vorratskammer (9, 109) entnehmbar ist, die als eine Druckkammer ausgebil­ det ist, deren Druck von außen steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer von einer koaxial zur Arbeitskammer angeordneten zylindrischen Bohrung mit einem darin be­ weglich gelagerten Kolben (14, 14', 114) gebildet ist, dessen Hub gesteuert wird, daß die Flüssigkeitsverbin­ dung ausschließlich aus einem oder mehreren Kanälen (10, 11, 110, 111) besteht, die im radial äußersten Be­ reich der Arbeitskammer (7) münden und daß die Verbin­ dungskanäle (10, 11, 110, 111) zwischen Arbeitskammer (7, 107) und Vorratskammer (9, 109) in etwa radial nach außen verlaufen.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hubsteuerung des Kolbens (14, 114) ein auf den Kolben wirkendes Druckmedium vorgese­ hen ist, dessen Druck gesteuert wird.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckerzeugung im Druckmedium Druckzylinder (57, 57') dienen, deren Kolben (58, 79) von einem steuerbaren Antrieb bewegbar sind.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein von einer drehbaren Nockenscheibe (71) betätigter Stößel (68) dient.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Elektromotor (80) vorgesehen ist, dessen Abtriebswelle als eine in ein Innengewinde des Kolbens (79) eingreifende Gewindespin­ del (81) ausgebildet ist.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Elektromagnet (73) vorgesehen ist.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Be­ reich der Drehachse (35) in der Trennwand (8, 8') zwi­ schen Arbeitskammer (7) und Vorratskammer (9) eine Aus­ gleichsbohrung (39) vorgesehen ist.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplung ein Drehzahlsensor (96) zugeordnet ist, und daß dessen Ausgangssignal (100) einem Steuergerät zugeleitet wird, das den Druck im Druckmedium und den Hub des Kolbens (14) steuert.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 für den Lüfterantrieb des Kühlers eines Motors eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Hubes eine fahrzeugeigene Druckversorgung genutzt wird, und daß zur Drucksteuerung Ventile (85, 92) vorgesehen sind, die von einem Steuergerät betätigbar sind.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (114) von einem Dehnstoffelement (119) gesteuert ist, das mit seinem Fühlteil (124) frontseitig an der Kupplung angeordnet und fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement vom Kühlmittel eines Fahrzeugmotors beaufschlagt ist.

12. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (119) über zwei Halter (120) am Gehäusedeckel (104) befestigt ist.

13. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (114) topfförmig ausgebildet ist und das Dehnstoffelement (119) teilweise in seiner Ausnehmung (127) aufnimmt.

14. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoff­ element (119) einerseits über die Halter (120) am Ge­ häusedeckel (104) und andererseits über seinen Stößel (125) am Kolben (114) abgestützt ist.

15. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (125) endseitig in einer Mulde (126) des Kolbens (114) aufgenommen ist.

16. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (109) von der Arbeitskammer (107) durch eine ge­ schlossene Trennwand (108) abgeteilt ist.

17. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kolben (114) und Trennwand (108) eine Rückstellfeder (118) angeordnet ist.

18. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (114) in einer Gehäusebohrung (113) gleitet und gegenüber dieser über einen in einer Kolbennut (115) angeordneten Dichtring (116) abgedichtet ist.

19. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskam­ mer (107) mit der Vorratskammer (109) über mehrere auf dem Umfang verteilte Kanäle (110, 111) in Verbindung steht, denen jeweils ein Staukörper (112) in der Ar­ beitskammer (107) zugeordnet ist.