DE2009268A1

DE2009268A1 - Auf Temperatur ansprechende Flüssigkeitskupplung

Info

Publication number: DE2009268A1
Application number: DE19702009268
Authority: DE
Inventors: Thomas James Indianapolis Ind. Weir (V.St.A.). M Fl6d 37-02
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1970-02-27
Publication date: 1970-12-03
Also published as: FR2033013A5; JPS501656B1; BR7017116D0; NL7002768A; GB1286796A; BE746490A; ES184372U; ES184372Y; US3559785A

Description

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Telefon: S3 15 10
^pos'scheckkon!o: München 117078

Wallace-Murray Corporation

299 Park Avenue

N e w York , N.Y. /V.St.A.

Unser Zeichen: W 816

Auf Temperatur ansprechende Flüssigkeitskupplung.

Die Erfindung betrifft eine auf Temperatur ansprechende Flüssigkeitskupplung, bei der der Kupplungsgrad zwischen den antreibenden Elementen und den angetriebenen Elementen von der Umgebungstemperatur abhängt.

Flüssigkeitskupplungen wurden bereits seit langer Zeit auf den verschiedensten mechanischen Gebieten verwendet. Beispielsweise wird eine Flüssigkeitskupplung verwendet,. wenn eine weiche· Kraftübertragung eine Bedingung für" eine Antriebsmaschine ist. Dies wird üblicherweise dadurch erzielt, daß die viskosen Schereigenschafteii einer Flüssigkeit verwendet werden und hierbei handelt es sich um Eigenschaften der meisten Flüssigkeitskupplungen und derartige Kupplungen sind weit verbreitet und haben zahlreiche Anwendungen gefunden.

Ein derartiges Anwendungsgebiet sind die Kraftfahrzeugkühlsysteme. Bei Brennkraftmaschinen, wie sie üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist"es erforderlich, die Maschine zu kühlen, um sie auf einer Temperatur unterhalb einer bestimmten Maximaltemperatur zu xalten. Dies erfolgt im allgemeinen dadurch, daß eine iieiho von Kanälen durch den Motorblock hindurchgeflihrt wird und daß« Elügslskeitim auf der Basis von Wasser

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durch diese Kanäle hindurchgepumpt werden. Das Wasser dient dazu, Wärme von der Brennkraftmaschine abzuleiten und diese einem Radiator zuzuführen, in welchem diese Wärme auf die Atmosphäre übertragen wird und zwar durch Strahlung und Konvektion. Es ist seit langem in der Kraftfahrzeugindustrie bekannt, daß der Kühlungsbedarf für eine Brennkraftmaschine durch zusätzliche Mittel, wie beispielsweise durch einen Ventilator bei geringeren Umgebungstemperaturen abnimmt. Beispielsweise ist an einem sehr kalten Tag lediglich eine außerordentlich geringe Wärmeableitung erforderlich. Wenn andererseits die Umgebungstemperatur ansteigt, nimmt der Wärmeverlust durch die natürliche Strahlung und Konvektion von der Brennkraftmaschine zur Atmosphäre ab und zwar gemäß den bekannten WärmeÜbertragungsgesetzen der Thermodynamik.

Ganz allgemein gesprochen bezieht sich die Erfindung auf eine Flüssigkeitskupplung, bei der einer der Teile der Kupplung und zwar der angetriebene Teil derart ausgebildet ist, daß dieser eine Beschaufelung oder Flügel oder ein Gebläse trägt. Der antreibende Teil kann mit der Brennkraftmaschine gekuppelt sein und das Gebläse ist neben dem Radiator des Kühlsystems angeordnet. Wenn immer die Umgebungs- oder Außentemperatur verhältnismäßig gering ist, so ist der Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine entsprechend niedrig und der Kupplungsgrad der Flüssigkeitskupplung zwischen dem Gebläse und der Brennkraftmaschine ist verhältnismäßig gering. Dies bedeutet, daß, wenn die Brennkraftmaschine läuft, das Gebläse sich nicht mit der gleichen Drehzahl dreht .und zwar wegen des geringen Kupplungsgrades. Das Gebläse benötigt eine verhältnismäßig geringe Energie, um gedreht zu werden, wobei daran erinnert wird, daß Energie erforderlich ist, um die gekrümmten oder in Winkelrichtung versetzton GeblliseflUgel gegen die Luft

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zu drehen, wobei die Brennkraftmaschine diese erforderliche Antriebsenergie zuführt. Je schneller sich die ^Gebläseschaufein drehen, umso mehr Kraft oder Energie ist erforderlich. Als Nebenprodukt wird normalerweise ein erhöhtes Geräusch durch das sich schneller drehende Gebläse erzeugt, Wenn die. Umgebungs- oder Außentemperaturen ansteigen, steigen die Anforderungen an die zusätzliche Kühlung an. In diesem Fall ist es erforderlich, daß sich das Gebläse schneller dreht. Dadurch wird der gegen den Radiator ge- ä führte Luftstrom verstärkt. Auf diese Weise· erfolgt eine Kompensation für die Abnahme des Temperaturunterschieds zwischen der Brennkraftmaschine und der Umgebungstemperatur. -■.--.'

Beispiele derartiger Flüssigkeitskupplungen für diesen Zweck sind in den USA-Patentschriften 3 007 560 und 3 262 528 beschrieben. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in der britischen Patentschrift 863 532 erläutert. Gemäß dem Stand der Technik, der insbesondere durch die USA-Patentschrift 3 262 528 gegeben ist, ist ein Bimetallstreifen vorgeselien, der eine Bewegung bei Änderungen der ^ Umgebungstemperaturen durchführt und dieser Bimetallstrei,- ' fen verändert die Menge einer Kupplungsflüssigkeit, wie beispielsweise einer Silikonflüssigkeit in einer Antriebslcammer. Je größer die Menge der ; Kupplungsflüssigkeit in einer derartigen Kammer ist, umso größer is.t im allgemeinen der Kuj)plungsgrad und zwar wegen der größeren Scheroberflache der Kupplungsflüssigkeit und umso größer wird das Drehmoment, welches von der Brennkraftmaschine auf das Gebläse übertragen wird. B_ei d_er Erfindung wird im wesentlichen die gleiche Betriebsweise verwendet, jedoch wird eine neue Konfiguration oder Geometrie' vorgesehen, die einfache und billiger herzustellen ist, um das gleiche Endresultat zu erhalten.

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Scheibe innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei diese Scheibe mit radial nach außen sich erstreckenden Nuten oder Kanälen auf den äußeren Abschnitten ihrer Seitenflächen versehen ist und mit einer Spiralnut an ihrem Umfang. Eine Öffnung ist vorgesehen, um einen Durchlaß durch die Scheibe zwischen den beiden Seitenflächen zu bilden« Eine Fläche der Scheibe ist mit einer Vorratskammer versehen und die andere Seitenfläche der Scheibe weist ein Bimetallelement auf, das sich bei einer Änderung der Umgebungstemperatur bewegen kann, wenn- diese Änderung von dem Bimetallelement gefühlt wird. Die Position dieses Elements relativ zur Scheibe, die dieses Element trägt, bestimmt die Menge der Reibungsflüssigkeit in einer Antriebskammer. Gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, eine besondere oder getrennte Halterungswandung vorzusahen, um einen Speicherhohlraum für die Antriebsflüssigkeit zu bilden und es ist ein Merkmal der Erfindung, radial nach außen sich erstreckende Nuten in beiden Seitenflächen einer angetriebenen Scheibe in Zusammenarbeit mit einer Spiralnut am Umfang dieser Scheibe vorzusehen, um die Rückhaltekraft auf die Flüssigkeit in dem Speicherhohlraum auszuüben und um die kontinuierliche Umwälzung der Antriebsilüssigkeit zu verbessern.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitskupplung,

Fig, 2 eine Seitenansicht der in Fig. i dargestellten Antriebsscheibe,

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 1,

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Fig„ 4 eine Schnittansicht der Antriebsscheibe von Fig, 1, wobei die Wirkung des Bimetallelements veranschaulicht ist. -·

Mit 10 ist die auf Temperatur ansprechende Flüssigkeitskupplung bezeichnet, die eine Antriebswelle 12 aufweist. Diese Welle 12 kann einen Ringflansch 14 haben, mit dem die Welle mit einem Antrieb verbunden werden kann, wie beispielsweise mit einer KraftfahrzeUgbrennkraftmaschine und zwar insbesondere mit der Wasserpumpenwelle* Die Welle 12 weist eine Aussparung 16 auf, die als Führung dient, um die Montage zu erleichtern. Mit 18 ist eine Scheibe bezeichnet, die auf die Welle 12 aufgeschrumpft ist. Die Scheibe kann mit der Welle auch über eine Keilnutenverbindung verbunden sein oder über eine andere Verbindung. Die Scheibe weist zwei Seitenflächen auf, die als Vorderseite 17 und als Rückseite 19 bezeichnet werden sollen. Mit 20 ist eine ringförmige, umlaufende Kammer in der Rückseite 19 der Scheibe 18 bezeichnet und es ist zu erkennen, daß diese Kammer entweder mit dem Metall: gegossen werden kann oder aus dem Metall herausgearbeitet werden kann. Mit 22 ist irgendeine einer Vielzahl von im allgemeinen nach außen sich erstreckenden, in Sehnenrichtung verlaufenden Nuten in der Fläche 17 der Scheibe 18 bezeichnet. Mit 24sind ähnliche nach außen.sich erstreckende_f in Sohnenrichtung verlaufende Nuten bezeichnet, die in Fig. 3 gestrichelt dargestellt sind, wobei diese Nuten sich in der Seitenfläche 19 der Scheibe 18 befinden.

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, 1st eine kontinuierliche, spiralförmig verlaufende Umfangsnut 26 im Umfang der Scheibe 18 ausgebildete Die Spiralnu^t erstreckt sioh von einer Seite der Scheibe bis zur anderen. Mit 28 ist eine öffnung oder ein Durchlaß bezeichnet, der sich von

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der Kammer 20 aus erstreckt und der in die Seitenfläche 17 der Scheibe 18 mündet. Mit 32 ist ein Bimetallstreifen bezeichnet, der neben der Öffnung 28 angeordnet ist* Der Streifen weist einen Durchlaß 30 zur Öffnung 28 hin aufο Das andere Ende des Bimetallstreifens ist mittels einer Schirxtbe 34 an der Fläche 17 der Scheibe 18 befestigt.

Mit 40 ist ein Gehäuse bezeichnet, in dem drehbar die Scheibe 18 angeordnet ist und dieses Gehäuse kann als Gußstück oder als bearbeiteter Metallteil ausgebildet sein. Das Gehäuse kann eine oder mehrere Öffnungen 42 aufweisen, un Befestigungseinrichtungen für ein Gebläse aufzunehmen. Mit 44 ist eine Einsenkung im Endgehäuse 45 bezeichnet. Der in Fig. 1 dar™ stellte linke Abschnitt des Gehäuses 40 begrenzt zusammen mit der Seite 17 der Scheibe 18 eine Kammer 46, die als Antriebskammer bezeichnet werden kann. Diese Kammer kann eine Menge an Flüssigkeit aufnehmen, beispielsweise eine viskose Flüssigkeit auf Silikonbasis. Mit 48 ist ein übergewalzter Verschluß bezeichnet, der das Endgehäuse am rechten Abschnitt des Gehäuses 47 hält. Andere Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Schrauben können verwendet werden, um die Teile 45 und 47 miteinander zu' verbinden. Es ist' eine Abdichtung 50 vorgesehen. Die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:

Der gesamte in Fig. 1 dargestellte Aufbau ist an einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine montiert, wobei die Antriebswelle 12 mit dieser Brennkraftmaschine verbunden ist. Wie bereits dargelegt, ist ein Gebläse an dieser Kupplung befestigt- Wie im vorstehenden beschrieben, ist ein Gebläse am Gehäuse 40 mittels Schraubenbolzen in Bohrungen 42 befestigt» Es sei nun angenommen, daß die

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höchste oder heißeste Umgebungstemperatur herrseht. Die Betriebsweise der Kupplung ist dann die folgende: Beibüngsflüssigkeit ist sowohl in der Kammer 20 als auch in der Kammer 46 vorhandene Durch die heiße Umgebungstemperatur befindet sich der Bimetallstreifen 32 in seiner linken Endlage (Fig. 4), wobei der Bimetallstreifen 32 die Bohrung oder Öffnung 28 vollständig freigibt. Durch die Zentrifugalkraft- gelangt die Flüssigkeit in der Kammer 20 narh außen und nach links durch die Öffnung 28, so daß -der Flüssigkeitsspiegel in beiden Kammern 20 und 46 auf ^ den Spiegelwert X abgeglichen ist, der in den Fig. iund dargestellt ist,. Die Flüssigkeit wird in den Nuten 22 in der Seitenfläche 17 der Scheibe 18 gesammelt und strömt nach außen zum Umfang der Scheibe. Dies wird durch den linken Pfeil A veranschaulicht. An dieser Stelle wird die Reibungsflüssigkeit gezwungen, sich bei der Darstellung in Fig. 1 und in Fig. 4 nach rechts zu bewegen und zwar wegen der Spiralnut 26 im Umfang 27. Wenn die Flüssigkeit den rechten Abschnitt des Umfangs 27 erreicht, drückt die YTirkung der Nut 24 in der Fläche 19 der Scheibe 18 die Flüssigkeit radial nach innen und zurück in die Vorratskammer 2Oo In der dargestellten Stellung des Bimetall- (| elements 30 befindet sich eine maximale Flüssigkeitsmenge · in der Kammer 46_o Der Kupplungsgrad zwischen der Antriebswelle 12 und dem Gehäuse 40 ist dementsprechend ein maximaler und die Leistung, die erforderlich ist, um das Gebläse zu drehen, ist ebenfalls maximal. Der Umlauf der Reibungsflüssigkeit bewirkt eine Schmierung und eine Kühlung.

Es sei nunmehr angenommen, daß sich die Temperaturverhältnisse ändern, so daß die Umgebungstemperatur nunmehr wesentlich geringer ist als im erstgenannten Fall. Ein geringere Kühlung durch das Gebläse ist nun erforderlich

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und der Leistungsbedarf für das Gebläse ist geringer und es ist nicht mehr erforderlich, daß der Kupplungsgrad so groß wie vorher ist. Dies wird automatisch in der folgenden 'Weise erzielt:

Der Bimetallstreifen 32 bleibt in seiner Schließstellung und zwar gegen die Öffnung 28 angelegt» Daraus folgt, daß eine Flüssigkeitsströmung nur noch in dem Maß möglich ist, wie es vom Durchlaß 30 ermöglicht wird. Wenn diese Strömung stattfindet, erfolgt auch der im vorstehenden beschriebene Umlauf, der mit den beiden Pfeilen A veranschaulicht wird. Durch den Druck, der durch die sich drehenden Nuten 26, 22 und 24 ausgeübt wird, wird ein stationärer Zustand erreicht, in dem ein bestimmter Anteil der Reibungsflüssigkeit, der sich in der Kammer 46 befand, durch die in vorstehenden beschriebene Wirkung in die Speicherkammer 20 zurückgeführt wird und in dieser Kammer wird ein Flüssigkeitsspiegel Y aufrecht erhalten. Ein neues Merkmal dieser Ausbildung ist, daß keine Zurückhaltewandung erforderlich ist und zwar an der Mündung der Speicherkammer 20, un den Spiegel der Flüssigkeit auf der Höhe von Y zu halten. Statt dessen wird eine Druckhöhe verwendet, die durch die Pumpwirkung der sich drehenden Nuten 20, 22 und 24 erzeugt wird und dies reicht aus, um die Flüssigkeit an ihrer Stelle zu halten. Da beträchtlich weniger Flüssigkeit umgewälzt wird, steht eine wesentlich geringere Scherwirkung zur Verfugung und der Grad der Flüssigkeitskupplung ist nunmehr geringer als zuvor und deshalb ist auch das auf das Gebläse übertragene Drehmoment verringert. Dadurch dreht sich das Gebläse mit einer geringeren Drehzahl und dies hat noch den Vorteil, daß das Geräusch verringert wird, welches durch das Gebläse erzeugt wird, wenn dieses seine volle Kühlleistung erbringt

Bei Änderungen in der Umgebungstemperatur bewegt sich das Element 30 zwischen seinen Endlagen und zwar zwischen dor

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vollen Öffnungslage und vollen Schließstellung und auf diese Weise wird der Grad der Flüssigkeitskupplung zwischen der Antriebswelle Und dem Gehäuse 40 gemäß diesen Temperaturänderungen" gesteuert. ·

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß durch die Ktipplung la vorteilhafter Weise die Leistungsanforderung an eine Brennkraftmaschine verringert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Brennkraftmaschine^ (| lediglich dann mit dem Gebläse belastet wird, wenn dies wegen der herrschenden Umgebungstemperatur erforderlich ■ ist und dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert und es wird, wie vorher dargelegt, ein leiserer Betrieb erreicht„

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1. lAuf Temperatur ansprechende Flüssigkeitskupplung, gekenn- ^—'zeichnet durch eine Scheibe (18), die drehbar in einem Gehäuse (40) montiert ist und die von außen antreibbar ist, eine Vorratskammer (20) innerhalb der Scheibe (lS), die vollständig zu einer ersten Seitenfläche (19) der Scheibe hin geöffnet ist, eine Antriebskamraer (46) innerhalb des Gehäuses (40), die durch eine zweite Seitenfläche (17) dieser Scheibe (18) begrenzt wird und durch einen Teil des Gehäuses und durch Einrichtungen, um kontinuierlich eijne Antriebsflüssigkeit von der Vorratskammer zur Antriebs kammer hin mit einer ersten Strömungsmenge pro Zeiteinheit umzuwälzen und mit Einrichtungen, die auf die Umgebungstemperatur ansprechen, um diese Strömungsmenge pro Zeiteinheit zu verändern.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse derart ausgebildet ist, daß dieses ein Gebläse zum Kühlen einer Brennkraftmaschine tragen kann.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine V/_elle (12) vorgesehen ist, die angetrieben werden kann und die die Scheibe (18) trägt, daß sich eine Öffnung (28) von der Speichorkammer (20) zur zweiten Fläche (17) der Scheibe (lS) erstreckt und daß eine nach außen sich erstreckende Nut (22, 24) in jeder Seite (17, 19) der Scheibe (18) vorgesehen ist, wobei jede Nut mit dem Umfang der Scheibe (18) in Verbindung steht und daß eine Spiralnut (26) im Umfang (27) der Scheibe (18) vorgesehen ist, die sich von der ersten (17) zur zweiten Seitenfläche (19) der Scheibe (l8) erstreckt und daß die AntrLebskammer (48) mit der AntriebaflUssigkeit gefüllt.werden kann und daß die Umlaufoinrichtimgsn kontinuierlich Flüssigkeit

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von der Speieherkammer zur Antriebskammer mit einer im vie sent liehen gleichförmigen Rate führen, wobei die Flüssigkeit von der Antriebskammer zur Speicherkammer durch die Nuten hindurchgeleitet wird, wodurch ein toroidaler Umlauf erzeugt wird und daß die auf Temperatur ansprechenden Einrichtungen auf eine Zustand.sänderung ansprechen können, um die Leitung der Flüssigkeit aus der Antriebskamraer zur Speicherkannier hin zu steuern, um dadurch den Kupp..u.igsgrad tischen dem Gehäuse und der Scheibe zu IJ

steuernο .

Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer (20) eine offene Nut in der ersten Seitenfläche (19) der Scheibe (18) ist.

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtungen nach außen" s'ich erstreckende Nuten (22, 24) in der ersten und zweiten Seitenfläche (17, 19) der Scheibe (18) aufweisen und eine Spiralnut (26) im Umfang (27) der'Scheibe und einen Kanal (28) zwischen der Antriebskamner und der Speieherkammer und daß die auf Temperatur " A ansprechenden Einrichtungen einen Bimetallstreifen (30) aufweisen, der an dieser· Scheibe montiert ist und der derart angeordnet ist, daß dieser den Durchgangskanal (28) verändert,,

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung.(30) in dem Bimetallstreifen (32) vorgesehen ist, um eine begrenzte Flüssigkeitsverbindung zwischen der Antriebskammor und der Speicherkammer herzustellen, wenn der Kanal (28) abgedeckt ist.

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