DE2103598B2 - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

Die I rhn.ihng betnlfl eine hvdmdy damische Kupplung mn einem von einem treibenden Gehausi: um schloNsencn. diirt.h Pumpen- und I urbinenlaiifrad gebildeten Arbeitsraum, in de ,i dirt', im Pumpetil;mii.nl \ ι irgcsehcne Schntze !'tim;> ni.idvhaulcln axial eingc ^ bracht werden können.

Hei bekannien hydrodynamischen Kupplungen haben die beiden axial nehenein.uuler angeordneten Lauf failer die I orui /ueier f lalbiorusflächcn. die einander i'u '.'inem ganzen lorus erganzen. Die Schaufeln er ί Mrieken sich in beiden I.aulrädern — icdenl.ills wird (lies bei der l.tiindung bevorzugt — in l-'henen durch die sjemeinsame Achse der .Schaufelkränze und l.juirä-(Iei-Γ

Bei derartigen Kupplungen ist. solange das lurbineii -Is laufrad Leistung abnimmt, immer ein gewisser Schlupf vorhanden. Die Grolle des Schlupics und dann das Verhältnis von Abtnebsdrehzahl /u Aiiiriebsclrehzahl hangt von der Größe ties Drehmomentes ab. welches das Turbinenrad aufnimmt, l.s ist aber auch möglich. so eine hiervon unabhängige oder hierzu / säiz.liche Kegelling des Verhältnisses von ,Antnebsdrehzahl zu Ah triebsdrehzahl zu schaffen.

Hierzu ist es bekannt, das Pumpenlaufrad mit seinen einstückig daran ausgebildeten Pumpenradschaufeln ss lest am Gehäuse auszubilden und das Turbinenlaulrad Hut seinen einstückig daran ausgebildeten Turbinenrad Schaufeln im Gehäuse axial versch.ebbar /ii lagern, so dall der Schlupf durch Veränderung des Axialabslandes zwischen den I.aulrädern geändert werden kann. Um- ^o gekehrt ist es auch bekannt, das Turbinenlaufrad am Gehäuse fest und das Pumpcnlaufrad demgegenüber axial verschiebbar zu gestalten. Bei solchen bekannten Kupplungen wird aber selbst bei relativ gtoßem Axialabsland zwischen den beiden I .aufrädeni. wenn cn Ge- ^hi; hause mit entsprechend großer (!anlange vorgesehen wird, immer noch ein wesentliches Drehmoment übertragen. Die··ι¹ Kupplungen haben daher selbst bei verhalinismaßig großer »anlange, d,e jedo« h iiir die inei sien Anwendungsfälle ungceignei im. einen verhältnismäßig kleinen Kegeibereich bei verhalinismaßig gro UiMU Keglerweg zum Verstellen des Schlupf. An dererseits kann bei diesen bekannien Kupplungen, wenn das l'umpenlaulrad mit seinen Schaufeln einsuik k.t! mn dem Gehäuse ausgebildet ist. die vorw legend an den Schaufeln des Pumpenlaufrades auftretende War nie gut über das Gehäuse nach außen abgegeben wer

^tL/um Kegeln des Schlupfes ist es auch bekannt, das Turbinenlaufrad mit den einstückig daran ausgebilde ι. η Turbinenradschauleln und das Pumpenlaufrad axial nicht verschiebbar im Gehäuse zu lagern, und die Pumpenradschaufeln an einem im Gehäuse axial verschiebbaren, sich außerhalb der beiden l.aufräder erstrecken den Tracer anzubringen. Durch axiale Verschiebung des Trägers können somit die Piimpenradschauleln durch Schlitze im Pumpenlaufrad mehr oder weniger weil in den vom Turbinen- und Pumpenlaulrad gebildeten -Xiheilsraui!' axial eingebracht v-eidci. uodm¹.. I; sich auch der Schlupl zwischen den beiden I .aiii räder.-ändern IaHi. Bei solchen Kupplungen kann zwar gegen über den ..ben zuerst erwähnten bekannieii Kupplui, „,„ cm L-roßcrer Regelbereich fur den Schlupl cihalun uerden" Andererseits 'si aber die Abfuhr der in den Pumpenrad chauleLi erstehenden Warme ungünstig welche m besonders hohem Malic gerade an Jen (irenzllachen /wischen den l'umpenradschatiiein .ind der Stromimgslliissigkeit enlstell! D.ι bei emuandlrei .:rheilender Konstruktion /wichen den .ixial ver μ hiebbaren l'iu penradsch.uilein und dem lesisteiien-.!,¹H Piimpenlaufrad Spalte vorhanden sind, ist dorl der Wärmeübergang schlecht, so daß die im Arbeitsraum vorwiegenden den Pumpenradschaufeln einstellende Warme⁷ zunächst an dl·.· I lüssigkeit abgegeben wird um\ erst durch diese zur Ableitung nach außen an das l'umpenlaulrad abgegeben werden kann.

Demgegenüber wird durch die Krfindiing die Aufgabe gelöst."eine hulr'.'dynamisehe Kupplung zu schaffen, welche eine optimale Wärmeabführung aus den Ptiinpenschauleln aufweist und dennoch bei geringer axialer Baulange einen Regelbereich fur den Schlupf besitzi. tier sich von nahe Null bis nahe 100% erstreckt.

Dies wird an einer hydrodynamischen Kupplung der eingangs erwähnten An erfintlungsgemaß dadurch erreicht, daß die Pumpenradschaufeln fest mit der umlaufenden Gehäuseslirnwaiid verbunden sind und der vom Turbinen- und Pumpenlaufrad gebildete Arbeitsraum axial verschiebbar auf tier getriebenen Welle angeordnet ISl.

Durch die feste Verbindung der Pumpcnradschaufeln mil der umlaufenden Gehäuseslirnwaiid kann die in den Pumpenradschaufeln entstehende Wärme über das Gehäuse verhältnismäßig gut abgeführt werden. Die erfintliingsgemäße Kupplung zeichnet sich durch weilestgehende. willkürliche Regelbarken ties Verhältnisses von Abiriebsdrehzahl zu Antriebsdrehz.ahl aus. isi darüber hinaus von einfacher Bauweise, praktisch war tungsfrei. sicher im Betrieb und in sehr kleinen Abmessungen herstellbar.

Wenn auch die Kupplung gemäß Krfindung für viele /wecke geeignet ist. wo eine Kupplung mit der dargelegten Regelbarkeit erwünscht ist, so ist jetloch das bevorzugte Anwendungsgebiet der F'rfintlung der Einsatz tier Kupplung zwischen dem l.üftcrrad eines Kraftfahrzeugmotors und dem Antrieb für dieses l.üfterrad. welcher in der Regel von einer Riemenscheibe gebildet ist.

liekaiuulich wird bei Kraiil.ihrzeugeii der Bedarf an I iilicrradlcisiung nut steigender fahrgeschwindigkeit immer geringer, wahrend die vom Lulicrrad aiilgenoniinene Leistung mn der drillen Potenz der Geschwindigkeit steigt. Die Kupplung gemäß I rfintliing erlaub s ts hur, im gewünschten Umfang das vom Antrieb aul (I,is Lultenad uberiragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl zu reduzieren, bis das l.üfterrad bei höhet cn Geschwindigkeiten praktisch ohne Leistungsaufnahme iimlauli in

Da erluidungsgemaß der vom Iiirbuicn und Pum penlaulrad gebildete Arbeitsraum axial verschiebbar auf der getriebenen Welle angeordnet ist und die Pum penradscliaiifeln fest mit der Gehauseslirnwand verbunden sind, kann die erfindungsgem.iße Pumpe als eine lanheit ausgebildet werden, welche lediglich an einer Stelle einer Abdichtung zwischen roiierenden Teilen nach außen bedarf. Wenn die Kupplung gemäß Lriindiiiig vollständig flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. muß natürlich darauf geachtet werden, daß die Mittel ■'.■: V '. rs Ϊ:λ'[\-ιι des Λ rbei! sram lies im CiL!¹..!!i^se tlas '■.'■ ,! ■■ I iiissi-jkeii zur Verliiguug stehende \ oiunicn .in. 1 ' e! (.111 se beim V erst hieben der S> ha nie I räder im IU ■ •tier ;■'■!.■ möglichst Ά eilig verantlern.

Die Pumpcnradschauleln sintl gemäß ' rhuduik' be muz ..'i nut der ( ieliauseslirnw aiitl verbunden, -λ ei! dies iiie \ erbindung hoher l-estigkeit zwischen Ge hausi. .nt! Si. haulein ergibt. In äquivalenter Weise kon ilen t: Pumpenradschauleln aber aueli beispielsweise '.on .;.^: ί mlangswandung des Gch.iuscs lathai nat h V innen abr.igen.

Bevorzugt siizl aul tier sich durch das (iehause er si i et keutlen. als Hohlwelle ausgebildeten getriebenen Weile emc mit einer Kerbverzahnung versehene, axial verschiebbare Buchse, aul tier tlas lurbinenlaulr.it! ■■ axial lest und das Pumpenlaulrad drehbar angeordnet ist. Diese bevorzugte Ausfuhriingslorm gemäß l.rlindiing eignet sich auch besonders gut fur tlas oben erwähnte I lauptanwendiuigsgcbict als Lullerkupplung. Die Buchse sitz! dabei axial verschiebbar, aber mehl +. drehbar uf einer sich durch oder m tlas (iehause erstreckenden, dem Antrieb oder vorzugsweise dem \btrieb tiieneiulen Hohlwelle, in welche¹· sieh ein Slcllglied zum axialen Verschieben der Hachse auf der 1 (olilwelle erstreckt. Lm solcher Aiilbau ergibt eine ge -is drängle Hauweise. Bei tier Ausbildung als l.ufierratl kupplung ist vorteilhalt das (iehause angelneben und iragt die Hohlwelle ties l.uilenatles. Dabei spricht das Stellglied auf die 'l'emperatur der durch den Kühler zusiromentlen Luft an. indem es bei l.rwarmung seine ^ς" Lange ändert und die Hin hse gegen I edei kraft im die Si h.iulelkranzc einander nalienidi η Sinn versihi; bt. Λ11Ι tliese Weise wird the Abtrieb'.drehzahl erhöh:. Ist die diiieh den Kühler zuströmende LuIt wieder kalter, so werden the Sehaulelkriinze im sie . 'neinander ent ^;: lernenden Sinn durch die lcderkialt ν ei stellt, wodurch tiii." Abinebsdrehzahl lurdas I i'iflerrad '.erringen wird.

Naehlolgerid ist als erinnerndes Niisiuliningsbeispiel the Kupplung gemäß I ilinilimg in ilr· 1 he¹, or/us: 'en ΛΐΓ-.iiiliningsform al l.uiterradkupplung zu einem '<■ Kralllaliiveugvcrbicnnungsmoior an Hand der Zeithniing näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

L i g. I einen Axialschnil! durch eine Lullen ad!-upp lung gemäß Lrfindung. wobei die Kupplung in tier obe fen Hälfte tier figur im ausgerückten Zustand und in ^!l'^; der unleren lliüite der l-'ig-jr im emgerui kten Zustand dargest-'lll ist.

L ig. J den Schnitt 11-11 in L ig. I bei eingerückter Kupplung,

I igJ die Ansicht von links in I- ι g. I bei abgenommenem l.iifierrad

Die gezeigie Kupplung besitzt ein Gehäuse, welches aus dem (iehauscdeckel I und dem lioclenieil mil der (iehausesiirnwand 2 besteht. Die beiden Gehauseteile sind mittels Schrauben 35 miteinander verbunden. Das Gehäuse kann mittels der strichpunktiert angedeuteten Schrauben 36 am Keilriemenrad für den Antrieb des Lüfters des Kralifahrzeugmotors angeflanscht werden. Außen tragt das Gehäuse Kühlrippen 4, 5 und 6, welche zur Abführung der im Inneren der Kupplung entstehenden Verlustwarme dienen.

Die l'umpenradschaufeln 3 des Pumpenradschaufelkran/es Γ sitzen an der Gchüusestirnwand 2 des Bodenteils. Vorzugsweise sind sie mit diesem in einem Stuck z. B. im Feinguß- oder .Spritzgußverfahren hergestellt. Auf einem nach innen ragenden Zapfen 9 des Hodenteils des Gehäuses und in einer vom Gehausedeckel I nach außen ragenden Lage>nabe 8 ist eine den \lMrieb bildende, als Hohlwelle ausgebildete getriebe ru Welle 7 drehbar Belagen. Sie wird von der Κιι;ιρ lunijsllussigkeit — gewöhnlich -,nein dünnflüssigen Ol - gesihiii.en \n einer axialen ' ersthiebiing isi sie einerseits durch the \nlaije an tie; Gchauseslirnwand 2 iind andererseits clureh einen Spiengring Ιβ. der über t-!'>e Zwischenscheibe 17 an der l.agemabe 8 anliegt gel..iuleri. Lm Radialtlichtnng 18 dichtet die gelnebet.v-Wehe 7 gegen die Lagernabe 8 ab.

Λιΐί del geinebenen Welle 7 ist nulleis einer Kerbverzahnung 32 axial verschiebbar cmc liuchse 14 gelagert. Die HiI'. hse 19 ist lest, beispielsweise durch Preßsitz, mit dem I iirbmenlauli ad 33 verbunden. Dieses be stein aus einem I urhincnumlcnkleil und den Iurbinen ratlschauleln 20. die zweckmäßig mit dem Turbinenumlenkteil ui einem Stack gegossen sind. Wie aus der /eiehnung ersichtlich, erstreckt sich tlas Turbinenlaufrad in axialer Richtung nur etwa über die Hälfte der linehse 19. Auf der anderen Hallte der Buchse 19 ist tias Pumpenumlenkieil des Pumpenlaulrads 24 drehbar gelagert. Am axialen Verschieben wird tlas PumpenlaufiMil 24 durch den .Sprengring 21 und einen Druck ring 22 gehindert. Das Pumpenlaulrad 24 besitzt eine Reihe von sich in ',einen Axialebenen erstreckenden Schlitzen 23. durch welche beim Verschieben der Buchse 19 mit '.!en I .aufrädern 33 iinti 24 aus tier oben gezeigten, ausgekuppelten Lage in die in L ι g. I unten gezeigte eingekuppelte Lage die Pumpemadschaufeln 3 in den Innenraum des Pumpenlaufrades 24 eintreten, so daß nunmehr die beiden l.aufräder 33 und 24 mit den in ihnen befindlichen beiden Schaufeikränzen /und Pin üblicher Weise als I oitinger Strömungskupplung zu sammenw ii ken.

Man erkennt. d..il ie nach tier Verschiebelage der lvii.hse 19 die beiden Sciiaiiielkränze I und /'einen unterst hiediit hen Abstand voneinander Ilaben und daß der Drehzahlahlall von dem Piimpenlawfrad zum Turin■ nenlaufiad dm -o großer wird. |e weiter si; Ii tlas Tiirhi-II· "laufrad von dem Pumpenradschi-.ufelkran/. I' ent '■ ■ i"·;ι befindet Durch l-iiu egelung tlieses Abstands käiiii das Verhältnis um Abiiicbsdrch/alil /ti Anlriebsdreh/.ahl geregelt werden.

Im Lagerzapfen S ist η ich eine Rillschraiibc 34 zum l.inliillen der f-'lüssigkeit in die Kupplung vorgesehen.

Li das in (·' ι g. I linke l.nde der als Hohlwelle ausge bildeten getriebenen Welle 7 ist der Abtriebsflansch 11 für tlas l.üfterrad 15 unter Zwischenlage einer wiirmci'.oliereiuk'ii Kunststoffbüchse IO eingepreßt. Schrau-

ben 14 verbinden den Ahtnebsflansch Il mil dem eigentlichen l.iiflcrrad 15. Im Abtrichsflansch II. der mit seiner ims der Zeichnung ersichlliclieti N;ibe in die getriebene Welk' 7 eingcpri-ßt ist, befindet sich eine zentrale liohrung. in welche ein an sich bekiinnies Dehnsioffelemenl 12 eingcprel.lt ist. Wärmeiibertragimgsrippen IJ des Abtriebsfliinsclies Il sorgen diifiir, daß die aus dem Kühler des Kral'lfahrzeugs durch den Fahrtwind und/oder den Sog des l.üfierradcs hcrangeführte I .lift ihre Temperatur rasch dem Abtriebsflansch

11 und d-irnit dem DchnsKil'felenient 12 mitteilt. Has Ochnstoffclcment 12 besil/·. ein als zentraler Slifl ans gebildetes, axial verschiebbares Stellglied 30, welches mil steigender Temperatur aus dem Dehnstoffelement

12 ^;'nmer stärker ausgvjschoben wird und beträchtliche Kräfte entwickeln kann.

Das freie linde des Stellgliedes 30 liegt an einer Blattfeder 2f> an, die sich durch zwei l.iingsnutcn Jl der hohlen getriebenen Welle 7 erstreckt und mit ihren bei den F.nden in eine Ringnut 25 der Buchse 19 ragt, so daß. wenn das Stellglied 30 die Blattfeder 2h in I i g. I von links nach rechts verschiebt, dadurch die Buchse 19 und mit dieser das Turbinenlaufrad und das Pumpenlaufrad ebenfalls verschoben werden, wodurch die Pumpcnradsehaufeln 3 immer stärker in das Pumpcnlaufrad 24 eingeschoben werden. Um ein zu starkes Durchbiegen der Blattfeder 26 zu vermeiden, ist diese durch eine zweite Blattfeder 27 verstärkt. Im ireien Raum zwischen dem als Regler wirkenden Dehnstoffelemeft 12 und dem Lagerzapfen 9 im Inneren der ge triebenen Welle 7 erstreckt sich eine der Kraft des Stellgliedes 30 entgegenwirkende Schraubenfeder 28. clic über eine Ringscheibe 29 gegen die Blattfedern drückt und somit bestrebt ist. über letztere die Buchse 19 mit dem Turbinenlaufrad und dem Pumpenlaiifrad in F i g. I nach links in die dem ausgerückten Kupplungszustand entsprechende Lage zu verschieben.

Die Anordnung aus den Blattfedern 26, 27 ist vorgesehen, damit bei sehr hoher Temperatur, wenn sich die axial verschiebbaren Kupplungsteil in der in F i g I unten gezeigten Lage befinden, ein kurzes weiteres Auswandern des Stellgliedes 30 nach rechts keinen Schaden anrichten kann.

Die gezeigte Kupplung sollte nicht ganz, mit Arbeitsflüssigkeit versehen werden. In ihrem Inneren sollte ein Luftvolumen von beispielsweise 2 bis 3 ecm bleiben, damit die Volumenändcrung durch das Stellglied 30 im Inneren des Gehäuses aufgenommen werden kann.

Die als Ausführungsbcispiel erläuterte Lüftcrradkupplung arbeitet wie folgt:

Ks sei angenommen, daß die durch den Kühler zuströmende Luft kalt ist. Damit ist das Stellglied 30 des

Di'hnsicilk'li.-mi.'nis durch die Schraubenfeder in seitu link ι· (irenzlage eingeschoben und die Kupplung befindet sk h in dem in C i g. I oben gezeigten Zustand. Die angetriebenen Piimpcnradschaufeln können kaum l'lüs sigkcit se radial nach außen fördern, daß diese in nennenswertem Umfang ein Drehmoment auf die Turbi nenradschaufeln ausübt, da Flüssigkeit aus dem Bereiel der Piimpenradschaufcln 3 nur durch die radial äußerer Teile der Schlitze 23 zu den Turbincriradschaufeln 2f strömen kann, so daß auf letzlere kaum ein Drehmo ment ausgeübt wird. Das Turbinenlaufrad 31 dreht siel also nur ganz wenig relativ zum l'umpenradschaulel kranz /'und zu dem Gehäuse. Ls nimmt damit über die getriebene Welle 7 und den Ahlriebsflansch Il das l.iifterrad 15 auch nur wenig mit. Lrwiirmt sich nun die dem l.üftcrrad durch den Kühler zuströmende Luft, sr wird der Abtriebsflansch Il erwärmt und mit diescir das Dehnstoffclement 12. Dadurch wird das Stellgliec 30 des Dchnsioffelemcntes 12 um ein dessen Tempera tür entsprechendes Maß nach rechts ausgeschoben. F.< nimmt gegen die Wirkung der Schraubenfeder das Tür binenlaufrad und das Pumpenlaufrad nach rechts mit so daß der Pumpenradschaufelkranz I'um ein entsprechendes Maß in das Pumpenlaufrad 24 eintritt, so dal; nun der im Inneren des Pumpenlaufrades 24 befindliche Teil des Pumpenradschaufclkranzes P mit dem Turbi nenlaufrad 33 in üblicher Weise als Töttingcr-Kupplunf zusammenwirkt. Auf diese Weise wird das Lüfterrad 1! mit g'".;enübcr der Drehzahl bei zuströmender KaItIuI' wesentlich erhöhter Drehzahl mitgenommen, die abei noch nicht nahe an die Antriebsclrehzahl des Pumpen laufrades herankommt. Die Verluste in einem solcher Zwischenzustand sind verhältnismäßig gering. Ist ir diesem Zustand bereits eine stabile Beziehung zwi sehen der Kühlwasscrtemperatur im Kühler und dci Leistung des Lüfterrades erreicht, so wird eier Zustanc beibehalten. Ist ein solcher Zustand noch nicht erreicht so wird das Turbinenlaufrad mit dem Pumpenlaufrac immer weiter nach rechts geschoben, bis im Grenzfal die in F i g. I unten gezeigte Lage erreicht ist, in wcl eher der Schlupf der Kupplung seinen gcringslmögli chen Wert angenommen hat. Sinkt nun die Tempcratui der zuströmenden Luft wieder ab. beispielsweise wei der Regeleffekt zu stark war oder aus anderen Grün den. so kann das Dehnstoffelement 12 auf sein Stell glied 30 keine Kraft mehr ausüben, und die Schrauben feder schiebt das Stellglied 30 wieder um ein entspre chendes Maß in das Dchnstoffelemcnt 12 ein. Hierbe wird das Turbinenlaufrad mit dem Pumpenlaufrad wie der mitgenommen, bis wieder ein stabiler Zustand er reicht ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamische Kupplung mn einem von einem treibenden Gehäuse umschlossenen, durch ι Pumpen- und Turbinenlaufrad gebildeten Arbeitsraum, in den durch im Piimpenlaulrad vorgesehene Schlii/e Pumpenradschaufeln axial eingebniehi »erden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenradsehaufeln (?) fest mit der umlau fenden Gehäusestirnvvand (2) verbunden sind und der vom Turbinen- und Pumpenlaiifrad (33 und 24) gebildete Arbeitsraum axial verschiebbar auf der getriebenen Welle (7) angeordnet ist.

2. Kupplung nach Anspruch I. dadurch gekenn- is zeichnet, dall auf der sich durch das Gehäuse (1. 2) erstreckenden, als Hohlwelle ausgebildeten getriebenen Welle (7) eine mit einer Kerbverzahnung (32) versehene, axial verschiebbare Buchse (19) sitzt, auf tier das Turbinenlaufrad (V?) fesi und das Pumpen- zo Li¹:!)'.id (24) drclih.il' angcordnci isi.

'· Kuppli.; v' nach Anspruch 2. dadurch gckcnn /cichiici. daß in der gewichenen I luhlu eile (7) ein .ml ilic I .ulltemper.ilui ansprühendes Stellglied (50) zum axialen \ ei .hen c.cr liiiclise (H) an- :<

geordnet im.