DE19713412A1 - Viskokupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Viskokupplung zur Übertragung eines Drehmomentes von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement über ein viskoses Fluid und insbesondere auf eine Viskokupplung, die im Antriebsmechanismus für einen Kühl­ ventilator eines Wärmetauschers eines Motors vorgesehen ist.

Eine herkömmliche Viskokupplung, dieser Art umfaßt ein Eingangs­ element, das eine drehbare Welle und einen drehbaren scheiben­ artigen Rotor aufweist, der mit der Welle verbunden ist, ein Ausgangselement, das drehbar auf der Welle vorgesehen ist und eine erste Kammer, in der der Rotor angeordnet ist sowie eine zweite Kammer, die mit der ersten Kammer über eine Verbindungs­ einrichtung in Verbindung ist, eine Drehmoment-Übertragungsein­ richtung zum Übertragen des Rotationsdrehmoments von dem Ein­ gangselement auf das Ausgangselement über das viskose Fluid, das zwischen einer inneren Wand der ersten Kammer und der gegenüber­ liegenden Fläche des Rotors vorgesehen ist, einem Pumpmechanis­ mus zum Pumpen des viskosen Fluids von der ersten in die zweite Kammer in Übereinstimmung mit der Relativdrehung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement sowie einer Ventilein­ richtung zum Öffnen und Schließen der Verbindungseinrichtung entsprechend der Temperatur, die um die Kupplung herum vorliegt.

Viskoses Fluid ist in die erste und die zweite Kammer bis zu einem bestimmten Level eingefüllt und das Drehmoment des Rotors wird mittels Scherkräften im viskosen Fluid, das zwischen der inneren Wand der ersten Kammer und der gegenüberliegenden Fläche des Rotors vorliegt, wenn der Rotor gedreht wird, auf das Aus­ gangselement übertragen. Die Ventileinrichtung regelt die Menge an viskosem Fluid, das zwischen der Innenwand der ersten Kammer und der gegenüberliegenden Fläche des Rotors vorliegt, so daß diese erhöht wird im Ansprechen auf die Temperatur, die um die Kupplung herum vorliegt. Dadurch wird die Drehzahl des Kühlge­ bläses des Wärmetauschers, das mit dem Ausgangselement verbunden ist, in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt.

Bei der oben erwähnten Kupplung kommt das viskose Fluid im un­ teren Bereich der Kupplung zum Stehen, wenn während eines Außer­ betriebs-Zustandes die Kupplung nicht aktiviert wird, so daß das viskose Fluid die erste und zweite Kammer füllt. Wenn der Be­ trieb aufgenommen wird, wird das Drehmoment von der Eingangsseite von dem viskosem Fluid, das die erste Kammer füllt, aufgenommen. Das Gebläse rotiert fortwährend mit einer unerwünscht hohen Dre­ hzahl, bis das viskose Fluid von der ersten Kammer in die zweite Kammer umgepumpt ist. In einem solchen Fall ist für den Fall, daß die Umgebung entsprechend hohe Temperaturen aufweist und die Ventileinrichtung offen gehalten wird, kein Problem zu be­ fürchten. Weist jedoch die Umgebungsatmosphäre eine niedrige Temperatur auf, entstehen Probleme wie Beeinträchtigungen des Motors hinsichtlich des Aufwärmbetriebes und auch hinsichtlich der Wirksamkeit der Heizeinrichtung oder hinsichtlich Geräusch­ entwicklung, die durch das Gebläse sofort nach Wiederinbetrieb­ nahme verursacht wird.

Eine herkömmliche Viskokupplung wurde in der japanischen Patent­ anmeldung Offenlegungsnummer 63(1988)-180727 offenbart, um die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen. Bei dieser Kupplung ist das Ausgangselement weiterhin mit einer dritten Kammer versehen, und die erste Kammer ist zwischen der zweiten und dritten Kammer in axialer Richtung vorgesehen. Die dritte Kammer ist mit der ersten Kammer über eine Öffnung in Verbindung. Mit dieser Anord­ nung wird ein sog. Mitnahmephänomen beseitigt, das auftritt, wenn der Motor gestartet wird, aufgrund der Menge an viskosem Fluid in der ersten Kammer, die vermindert wird, wenn die Dre­ hung der Welle ausläuft. Bei dieser Kupplung ist jedoch die An­ zahl der Bauteile erhöht und die Struktur wird daher kompli­ ziert. Außerdem wird das Gewicht erhöht. Entsprechend steigen die Produktionskosten. Weiterhin ist die axiale Länge dieser Kupplung größer, was unerwünscht ist aufgrund der Beschränkungen bei der Installation einer Kupplung in einem Motorraum, der nur beschränkten Platz aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Viskokupplung zu schaffen, die die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Kammer für viskoses Fluid in einer solchen Kupplung zu schaffen, die das sog. Mitnahmephänomen verhindern kann, ohne daß die Anzahl der Bauteile oder deren Größe vergrößert wird.

Um diese Aufgaben zu lösen, wird eine verbesserte Viskokupplung vorgeschlagen, die ein Eingangselement aufweist, das eine drehbare Welle und einen Rotor hat, der mit dieser Welle verbun­ den ist; ein Ausgangselement, drehbar an der Welle vorgesehen, mit einer ersten Kammer, in der der Rotor angeordnet ist, und einer zweiten Kammer, die mit der ersten Kammer über eine Über­ tragungseinrichtung in Verbindung ist; einer Drehmoment- Übertragungseinrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes von dem Eingangselement auf das Ausgangselement über das viskose Fluid, die zwischen einer inneren Wand der ersten Kammer und einer gegenüberliegenden Fläche des Rotors vorgesehen ist; ein Pumpmechanismus zum Pumpen des viskosen Fluids von der ersten Kammer in die zweite Kammer in Übereinstimmung mit der Rela­ tivdrehung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement; und einer Ventileinrichtung zum Öffnen und Schließen der Übertra­ gungseinrichtung entsprechend der Temperatur der umgebenden At­ mosphäre, wobei die Drehmoment-Übertragungseinrichtung in dia­ metraler Richtung so angeordnet ist, daß das viskose Fluid nicht in der Drehmoment-Übertragungseinrichtung vorliegt, wenn die Welle während eines geschlossenen Zustands der Ventileinrichtung gedreht wird.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher von der detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren studiert wird.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der Viskokupplung in einem gestoppten Zustand in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels der Viskokupplung unter Betriebsbedingungen in Übereinstimmung mit der Erfindung.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung über die Zeit, aufgetragen in der horizontalen Achse, die die Drehzahl des Gebläses über die vertikale Achse angibt, wenn der Motor bei niedrigen Tem­ peraturen gestartet wird.

Eine Viskokupplung in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen folgend erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Viskoskupplung 10, die in dem Kühlge­ bläse eines Kühlers (Wärmetauschers) eines Antriebsmechanismus eines Motors (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, ist ein Rotor 14 an einer Welle 11 befestigt, die mittels des Motors angetrieben wird und Gehäuse 12 und 13 (Ausgangselement) sind drehbar an der Welle 11 ange­ ordnet. Das Gehäuse 12 ist drehbar auf der Welle 11 über eine Lagerung 15 gelagert und mit dem Gehäuse 13, das einen hohen Ab­ schnitt aufweist, mittels Schrauben befestigt. Eine Platte (16) (Ausgangselement) ist an dem benachbarten Abschnitt des sich öffnenden Endes des hohlen Abschnitts des Gehäuses 13 befestigt und eine Rotorkammer (erste Kammer) R1 wird durch das Gehäuse 12, das Gehäuse 13 und die Platte 16 definiert. Eine Speicher­ kammer (zweite Kammer) R2 wird durch die Platte 16 und den hohlen Abschnitt des Gehäuses 13 definiert. Der Rotor 14 ist in der Rotorkammer R1 angeordnet. Die Flächen des Gehäuses 12 und des Rotors 14, die einander gegenüberliegen, weisen labyrinthar­ tige Nuten auf und bilden einen Labyrinthmechanismus L (Drehmoment-Übertragungseinrichtung).

Ein Loch 13b ist in dem Gehäuse 13 vorgesehen. Ein Ende dieses Pumploches 13b ist mit der Speicherkammer R2 in Verbindung und deren anderes Ende ist mit deren äußeren Umfangsabschnitt der Rotorkammer R1 verbunden. Ein Vorsprung 13a, der in den äußeren Umfangsabschnitt der Rotorkammer R1 vorsteht, ist an dem Gehäuse 13 ausgebildet. Der Vorsprung 13a ist benachbart zu dem Loch 13b in Umfangsrichtung vorgesehen. Der Vorsprung 13a und das Loch 13b bilden einen Pumpmechanismus, der das Fluid von der Rotor­ kammer R1 in die Speicherkammer R2 pumpt. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel - wie in Fig. 1 dargestellt - ist die Position des Labyrinthmechanismus L in diametraler Richtung festgelegt, so daß die Beziehung zwischen einem Durchmesser D der Rotorkam­ mer R1 und dem äußeren Durchmesser d des Labyrinthmechanismus L d/D < 0,86 ist.

Ein Durchgang 16a, der die Rotorkammer R1 mit der Speicherkammer R2 verbindet, ist in der Platte 16 ausgebildet. Ein Loch 16b ist in einem Abschnitt des Rotors 14, an dem der innere Umfangsab­ schnitt des Labyrinthmechanismus L angeordnet ist, ausgebildet. Das Loch 16b ist bezüglich des axialen Zentrums der Welle 11 auf demselben Kreis angeordnet, auf dem die Passage 16a angeordnet ist. Dadurch wird das viskose Fluid, das durch die Speicherkam­ mer R2 in die Rotorkammer R1 über die Passage 16a eingebracht wird, zu dem Labyrinthmechanismus L über das Loch 16b geleitet.

Das Gehäuse 13 ist mit einem Loch in seinem axialen Zentrum ver­ sehen und eine Stange 17 ist fluiddicht und drehbar in diesem Loch des Gehäuses 13 über eine Buchse 20 angeordnet. An einem Ende der Stange 17, die in die Speicherkammer R2 vorsteht, ist ein plattenartiges Ventil V befestigt, das die Passage 16 öffnen und schließen kann im Ansprechen auf eine Drehung der Stange 17. Am anderen Ende der Stange 17, das nach außen vorsteht, ist ein Bimetall-Spiralfederelement 18 vorgesehen. An einem Ende dieses Bimetall-Spiralfederelements 18 ist ein Eingriff mit dem anderen Ende der Stange 17 vorgesehen und das andere Ende des Bimetall­ spiralfederelements 18 ist mit einem Eingriffsabschnitt 19 in Eingriff, der an dem Gehäuse 13 ausgebildet ist. Das Bimetall­ spiralfederelement 18 expandiert und kontrahiert im Ansprechen auf die Temperatur der Umgehungsatmosphäre des Motors. Dadurch dreht die Stange 17 in die eine oder in die andere Richtung und das Ventil V öffnet und schließt die Passage 16a im Ansprechen auf die Temperatur.

Bei der oben erläuterten Viskokupplung schließt in dem Fall, daß der Motor angehalten wird und die Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Wert unterschreitet, das Ventil V vollständig die Passage 16a. In diesem Zustand ist, da die Rotorkammer R1 über das Loch 13b in Verbindung mit der Speicherkammer R2 ist, der Flüssigkeitsstand des viskosen Fluids F, bspw. Silikonöl, in der Rotorkammer R1 und in der Speicherkammer R2, wie in Fig. 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Menge an viskosem Fluid F in der Rotorkammer R1 in diesem Zustand 29 cm³.

In diesem Zustand fließt das viskose Fluid F in der Rotorkammer R1, wenn der Motor gestartet wird und der Rotor 14 dreht, auf­ grund der Zentrifugalkräfte diametral nach außen. Zu diesem Zeitpunkt ist bei diesem Ausführungsbeispiel, da die Beziehung zwischen dem Durchmesser D der Rotorkammer R1 und dem äußeren Durchmesser d des Labyrinthmechanismus L d/D < 0,86 ist, der in­ nere Umfangsnachbarabschnitt des viskosen Fluids F, das nach außen fließt, in diametraler Richtung außerhalb des Laby­ rinthmechanismus L angeordnet. Daher werden, da das viskose Fluid in dem Labyrinthmechanismus L vorliegt, die Scherkräfte, die zwischen dem Rotor 14 und dem Gehäuse 12 erzeugt werden klein und die Drehmoment-Übertragungsfähigkeit zum Übertragen des Drehmomentes von dem Rotor 14 auf das Gehäuse 12 wird eben­ falls niedrig. Nun, in Fig. 2 zu sehen, ist die Drehmoment-Über­ tragungsfähigkeit in dem Bereich S wesentlich geringer als die des Labyrinthmechanismus L. Daher wird die unerwünschte Drehmoment-Übertragung vermieden und ein unerwünschtes schnelles Drehen des Gebläses, das mit dem Gehäuse 13 verbunden ist, wird verhindert.

Fig. 3 zeigt eine Änderung der Drehzahl des Gebläses, nachdem der Motor bei geringen Temperaturen gestartet wurde. Bei früheren Viskokupplungen, bei denen die radiale Anordnung des Labyrinthmechanismus nicht wie bei der vorliegenden Erfindung gewählt wurde, wird das Drehmoment von dem Rotor (Eingangs­ element) auf das Gehäuse (Ausgangselement) über das viskose Fluid übertragen, das in dem Labyrinthmechanismus vorliegt. Da­ her nimmt - wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 3 dargestellt - die Drehzahl des Gebläses zu und es braucht eine vergleichsweise lange Zeit, bis das viskose Fluid von der Rotorkammer in die Speicherkammer mittels des Pumpmechanismus umgepumpt ist. Im Gegensatz dazu ist der Drehzahlanstieg des Ge­ bläses bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel - wie darge­ stellt durch die unterbrochene Linie in Fig. 3 - gering, da das viskose Fluid in der beschriebenen Weise im Labyrinthmechanismus L vorliegt, und das viskose Fluid F in der Rotorkammer R1 wird schnell in die Speicherkammer R2 mittels des Pumpmechanismus um­ gepumpt.

Wenn die Temperatur der Umgebungsatmosphäre nach und nach an­ steigt, öffnet das Ventil V nach und nach die Passage 16a. Dadurch nimmt die Menge an viskosem Fluid F, das in dem Laby­ rinthmechanismus L vorliegt, zu und die Scherkräfte werden größer. Als Ergebnis daraus wird die Drehzahl des Gebläses im Ansprechen auf die Temperatur der Umgebung erhöht.

Wie bereits erwähnt, ist es aufgrund der Erfindung möglich zu verhindern, daß das viskose Fluid in der ersten Kammer im Bereich der Drehmoment-Übertragungseinrichtung vorliegt, wenn die Welle bei niederen Temperaturen gedreht wird. Entsprechend wird das sog. Mitnahmephänomen, das auftritt, wenn der Motor bei niedrigen Temperaturen gestartet wird, verhindert.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung diese Wirkung durch die Wahl der radialen Position der Drehmoment-Übertra­ gungseinrichtung in der ersten Kammer erzielt. D.h., die oben dargelegte Wirkung kann ohne eine Erhöhung der Anzahl der Bau­ teile oder deren Größe erzielt werden.

Im vorangegangenen wurde das Grundprinzip eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels und die Wirkungsweise der vorliegenden Er­ findung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses, insbesondere die detailliert beschriebenen Konstruktionen, beschränkt, sondern diese sind vielmehr als erläuternd und nicht als beschränkend anzusehen. Modifizierungen und Änderungen, die vom Fachmann durchgeführt werden können, ohne den Erfindungs­ gedanken zu verlassen, fallen ebenfalls unter den Schutzbereich der Erfindung. Entsprechend sollte die vorangegangene Beschrei­ bung als exemplarisch verstanden werden und nicht beschränkend hinsichtlich des Schutzbereichs und des Erfindungsgedankens der Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen beschrieben wird.

Offenbart wird eine Viskokupplung, die ein Eingangselement mit einer drehbaren Welle sowie einen Rotor aufweist, der an der Welle befestigt ist, ein Ausgangselement, drehbar an der Welle angeordnet, mit einer ersten Kammer, in der der Rotor angeordnet ist und einer zweiten Kammer, die in Verbindung mit der ersten Kammer über eine Passage ist, einem Drehmoment-Übertragungs­ mechanismus zum Übertragen eines Drehmoments von dem Eingangs- auf das Ausgangselement über das viskose Fluid, der zwischen einer inneren Wandung der ersten Kammer und einer gegenüberlie­ genden Fläche des Rotors vorgesehen ist, einem Pumpmechanismus zum Umpumpen des in der ersten Kammer vorliegenden viskosen Fluid in die zweite Kammer in Übereinstimmung mit einer Rela­ tivdrehung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement und einer Ventileinrichtung zum Öffnen und Schließen der Passage in Übereinstimmung mit der Temperatur der Umgebung, wobei der Dreh­ moment-Übertragungsmechanismus in diametraler Richtung so ange­ ordnet ist, daß das viskose Fluid nicht im Drehmoment-Übertra­ gungsmechanismus vorliegt, wenn die Welle in einem Zustand ge­ dreht wird, in dem die Ventileinrichtung geschlossen ist.

Claims (3)

1. Eine Viskokupplung mit
einem Eingangselement, das eine drehbare Welle (11) und einen Rotor (14), der an der Welle (11) befestigt ist, aufweist,
einem Ausgangselement (13), drehbar an der Welle (11) angeordnet, mit einer ersten Kammer (R1), in der der Rotor (14) aufgenommen wird, und einer zweiten Kammer (R2), die mit der er­ sten Kammer (R1) über eine Verbindungseinrichtung in Verbindung ist,
einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung zum Übertragen eines Drehmomentes von dem Eingangselement auf das Ausgangselement (13) über das viskose Fluid, die zwischen einer inneren Wandung der ersten Kammer (R1) und der gegenüberliegenden Fläche des Rotors (14) vorgesehen ist,
einem Pumpmechanismus zum Umpumpen des viskosen Fluids von der ersten Kammer (R1) in die zweite Kammer (R2) in Übereinstim­ mung mit der Relativdrehung zwischen dem Eingangs- und dem Aus­ gangselement (13), und
einer Ventileinrichtung zum Öffnen und Schließen der Ver­ bindungseinrichtung entsprechend der Temperatur der Umgebungsat­ mosphäre,
wobei die Drehmoment-Übertragungseinrichtung in diametraler Richtung so angeordnet ist, daß das viskose Fluid nicht in der Drehmoment-Übertragungseinrichtung vorliegt, wenn die Welle (11) in einem Zustand gedreht wird, in dem die Ventileinrichtung geschlossen ist.

2. Eine Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehmoment-Übertragungseinrichtung in diametraler Richtung so angeordnet ist, daß ein innerer Umfangsbegrenzungs­ abschnitt des umherfliegenden viskosen Fluids in diametraler Richtung außerhalb der Drehmoment-Übertragungseinrichtung angeordnet ist, wenn die Welle (11) in einem Zustand gedreht wird, in dem die Ventileinrichtung geschlossen ist.

3. Eine Viskokupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehmoment-Übertragungseinrichtung Labyrinthnuten aufweist, die an Flächen des Rotors (14) und des Ausgangsele­ ments (13) vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen.