DE2212367A1

DE2212367A1 - Fluessigkeitsreibungskupplung, insbesondere fuer den luefterantrieb bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2212367A1
Application number: DE19722212367
Authority: DE
Inventors: Herbert Erath; Heinz Koch; Wolfgang Dr-Ing Peter
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1973-09-20
Also published as: GB1375812A; IT979806B; FR2176434A5; DE2212367C3; JPS491933A; JPS5652174B2; DE2212367B2; US3840101A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Paim 9027/4

Stuttgart 9.3-I972

Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für den Lüfterantrieb

bei Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung (Viskositätskupplung)» insbesondere für den Lüfterantrieb bei Brennkraftmaschinen, wobei zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil ein mindestens einen Arbeitsspalt aufweisender Arbeitsraum angeordnet und außerdem ein Speicherraum vorgesehen ist, der mit dem Arbeitsraum über Öffnungen in Verbindung steht und wobei der Querschnitt dieser Öffnungen sowohl von der Temperatur als auch von der Drehzahl steuerbar ist.

Die zum Betrieb von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen notwendigen Lüfter werden im allgemeinen bei kleinen Lüfterleistungen proportional zur Motordrehzahl vom Motor her angetrieben, wenn nicht Fremdantrieb, wie z.B. über Elektromotor, vorgesehen ist. Bei größeren Lufterleistungen, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen finden sehr oft schaltbare Kupplungen Verwendung. Das geschieht deshalb, weil einerseits im Leerlauf, oder bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten mit hoher Motorbelastung die Kühlung ohne Lüfter nicht möglich ist, was entsprechend dimensionierte Lüfter erfordert, andererseits bei hohen Motordrehzahlen und Fahrgeschwindigkeiten diese Lüfter eine zu hohe Leistungsaufnahme und Geräuschentwicklung verursachen. Als Lüfterkupplungen sind u.a. auch solche bekannt, die zur Übertragung des Drehmomentes die Zähigkeitskräfte einer geeigneten Flüssigkeit heranziehen, die sogenannten Viskositätskupplungen.

Es sind bei den Viskositätskupplungen Bauarten mit veränderlicher und konstanter Füllung des Arbeitsspaltes bekannt, wobei die veränderliche Füllung dadurch erreicht wird, daß der Be-^c triebsflüssigkeit durch ein Ventil der Zutritt zum Arbeitsspalt

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freigegeben oder versperrt wird. Bei bekannten Ausführungen wird dieses Ventil über einen Dimetallschalter in Abhängigkeit von der Lufttemperatur hinter dem Motorkühler und damit neben anderen Umgebungseinflüssen indirekt von der Wassertemperatur des Kühlers oder aber durch einen Fliehkraftschalter betätigt· Bei geschlossenem Ventil sorgt eine geeignete Einrichtung, wie Fördergewinde oder Abstreifer, für die Entleerung des Arbeitsspaltes.

Während die bimetallgeschalteten Kupplungen also nur oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle zuschalten und die hohe Luft er drehzahl, ermöglichen, sind die fliehkraftgesteuefrten Systeme unterhalb einer bestimmten Sehaltdrehzahl unabhängig von der Motortemperatur immer eingeschaltet. Dei Kupplungen mit konstanter Füllung ist die höchste Lufterdrehzahl durch die maximale Übertragungsfähigkeit bestimmt. Ein wesentlicher Einfluß dieser Drehmomentabhängigkeit ist aber auch bei den schaltenden Systemen vorhanden, da er die Funktion der Kupplung verbessert und sonst größere Abmessungen erforderlich würden.

In vielen Fällen reichen fliehkraftgeschaltete Kupplungen, die nur im unteren Motordrehzahlbereich zugeschaltet sind, oder solche mit konstanter Füllung des Arbeitespaltes, also drehraomentbegrenzende Kupplungen, für die Anforderungen des normalen Betriebes aus. Beim Kaltstart aus tiefen Temperaturen haben diese Kupplungen aber den großen Nachteil, daß die Übertragungsfähigkeit - bei Fliehkraftschaltung vor allem diejenige unterhalb der Abschaltdrehzahl - infolge der stark erhöhten Viskosität des Übertragungsmittels, meist Silikonöl, erheblich vergrößert ist.

Bei den rein drehmomentbegrenzenden Kupplungen können deshalb sehr hohe Überdrehzahlen des Lüfters mit entsprechender Leistungsaufnahme und Geräuschentwicklung auftreten, aber auch bei den fliehkraftgeschalteten Systemen tritt dieser unerwünschte

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Effekt auf, nämlich deshalb, weil, wie bereits erwähnt wurde, im Normalbetrieb bei entsprechenden Öltemperaturen bereits vor der Abschaltdrehzahl ein erheblicher Schlupf auftritt, der sich bei tiefen Temperaturen stark verkleinert und zu Überdrehzahlen führt. Das läßt sich nicht etwa dadurch vermeiden, daß. man die Kupplung größer dimensioniert und entsprechend des fehlenden Kupplungsschlupfes früher abschaltet, weil man den Lüfter bis zu höheren Motordrehzahlen zwar braucht, aber nicht mit der proportional zur Motordrehzahl angestiegenen Lüfterdrehzahl, andererseits auch nicht wegen des verstärkten Lüftergeräusches. Diese Geräuschentwicklung stört umso mehr, als infolge' des stark verringerten Kupplungsschlupfes die Ölerwärmung nur langsam vor sich geht und der ungünstige Zustand noch lange nach dem Kaltstart anhält.

Nun gibt es auch Kupplungen der eingangs genannten Art* Dabei ist dann ein Ventilkörper bzw. ein Abstreifer oder dergleichen an einem Bimetallstreifen befestigt, der zugleich ein Fliehgewicht trägt (DAS 1 2l8 227)* Dadurch wird nun zwar ein besseres Kaltstartverhalten ermöglicht, jedoch wird andererseits nun die Ventilöffnung in Abhängigkeit von beiden Größen zugleich gesteuert, d.h. bei verschiedenen Temperaturen gehört jeweils eine andere Drehzahl zum Schalten. Der Einfluß der Temperatur ist dabei dem der Drehzahl entgegengesetzt, d.h. je höher die Temperatur wird, um so höher liegt auch die zum Abschalten erforderliche Drehzahl. Mit einer solchen Kupplung kann eine stabile Regelung nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden. Es soll also eine Kupplung mit gutem Kaltstartverhalten und stabiler Regelcharakteristik geschaffen werden, die auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung befriedigt.

Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Kupplungen dadurch gelöst, daß diese Öffnung bzw. Öffnungen durch voneinander ge-

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trennte Mittel von der Temperatur und unabhängig davon von der Drehzahl steuerbar sind. Im einzelnen wird hierbei vorgeschlagen, daß in einer den Speicherraura vom Arbeitsraum trennenden umlaufenden Wandung mindestens eine Öffnung angeordnet ist, welche auf einer Seite durch die drehzahlabhängig und auf der anderen Seite durch die temperaturabhängig gesteuerten Mittel verschlossen und durch diese unterhalb einer bestimmten oberen Drehzahl und oberhalb einer bestimmten Temperatur mehr oder weniger zu öffnen ist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Kupplung ergibt ein günstiges Kaltstartverhalten und eine stabile Regelung über den gesamten Betriebsbereich, weil die Schaltpunkte für jedes Steuermittel getrennt ganz genau festgelegt werden können. Außerdem ergibt sich auch insofern eine Vereinfachung, als die Justierung der Steuermittel sich ganz wesentlich leichter durchführen läßt und überhaupt bei der Herstellung derselben keine besonders engen Toleranzen zu beachten sind.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist der treibende Kupplungsteil als ein im Querschnitt T-förmiger Ringkörper ausgebildet, dessen äußere Umfangsflache zusammen mit der inneren Umfangsflache des gehäuseförmig ausgebildeten getriebenen Kupplungsteil einen Arbeitsspalt bildet und dessen Steg die Trennwand zwischen Speicherraum und Arbeitsraum bildet. Hierbei ist es dann besonders zweckmäßig, wenn mindestens in einer der den Arbeitsspalt bildenden Flächen in an sich bekannter Weise ein Fördergewinde angeordnet ist.

Es wird in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß der Steg des im Querschnitt T-förmigen Ringkörpers aus seiner Symraetrieebene in Richtung auf den Einlaß des Fördergewindes hin versetzt und so am Auslaß des Fördergewindes ein größerer Speicherraum gebildet ist. Dabei liegt ein anderes Merkmal der Erfindung darin, daß im Steg mindestens eine Queröffnung angeordnet ist, welcher auf der Seite des Speicherraums

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ein drehzahlabhängiges und auf der entgegengesetzten Seite ein temperaturabhängiges Verachlußorgan zugeordnet ist.

Die Steuerung der Öffnung durch die drehzahl- bzw. temperaturabhängigen Mittel kann mittelbar erfolgen, jedoch bevorzugt die Erfindung eine mögliehst unmittelbare Steuerung. So wird z.B. vorgeschlagen, daß als temperaturabhängiges Verschlußorgan ein Bimetallstreifen vorgesehen ist, welcher die Öffnung überdeckt und beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur zunehmend von ihr abhebt. Hierbei kann im Bimetallstreifen .eine Stellschraube vorgesehen sein, um die Vorspannung in der Schließstellung einzustellen oder eine ganz geringe Öffnung auch in der Schließstellung freizuhalten.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das drehzahlabhängige Verschlußorgan durch einen am Steg gelagerten, fixehkraftbeaufschlagbaren Schwenkhebel gebildet ist, welcher durch eine Feder gegen einen Anschlag in eine die Öffnung freigebende erste Lage gezogen wird und durch die Fliehkraft oberhalb einer bestimmten Drehzahl in eine die Öffnung überdeckende zweite Lage bewegbar ist. Dabei kann auch für diese zweite Lage ein besonderer Anschlag vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, den Innenumfang des Ringkörpers selbst als Anschlag zu benutzen. Ein besonderer Vorteil kann darin liegen, wenn erfindungsgemäß der Schwenkhebel knieförmig ausgebildet und mit seinem radial einwärtsgekehrten Ende am Steg gelagert ist, weil dann hohe Beschleunigungen ein kurzzeitiges Schließen der Öffnung bewirken und ein Hochdrehen des Lüfters in der Beschleunigungsphase vermieden wird.

Und schließlich wird noch vorgeschlagen, daß die Lager- bzw. Befestigungsstellen der Verschlußkörper gegenüber der Öffnung in der Drehrichtung des treibenden Kupplungsteils versetzt sind. Auf diese Weise kann man vermeiden, daß etwa die Verschlußkörper durch die Relativbewegung der viskosen Flüssigkeit gegenüber dem treibenden Kupplungsteil abgehoben werden. Einzelheiten

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der Erfindung zeigen die Ausführungsbeispiele der Zeichnung, und zwar zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Lii ft erant riebe im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht (auszugsweise) des Bimetallsteuerorgans,

Fig. 3 eine Ansicht (auszugsweise) des drehzahlabhängigen Steuerorgans und

Fig. k eine Ansicht (auszugsweise) einer anderen Ausführungsforra eines drehzahlabhängigen Steuerorgans.

Nach Figur 1 wird die Lüfterkupplung 10 aus einem treibenden Teil 11 und einem getriebenen Teil 12 gebildet. Der treibende Teil 11 ist unmittelbar auf der Kurbelwelle 13 angeordnet bzw. er steht mit dieser in drehfester Verbindung. Der getriebene Teil 12 trägt das Lüfterrad Ik bzw. ist mit diesem in Triebverbindung.

Der getriebene Teil 12 ist gehäuseartig ausgebildet und weist eine Umfangsfläche 15 auf. In diesem Gehäuse ist der mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildete Ringkörper des treibenden Kupplungsteils 11 angeordnet. Seine äußere Umfangsflache 16 bildet mit der inneren Umfangsfläche 15 des getriebenen Kupplungsteils 12 den Arbeitsspalt 17· In der Umfangsfläche l6 ist ein Fördergewinde lO vorgesehen, welches dafür sorgt, daß die viskose Kupplungsflüssigkeit im Arbeitsspalt 17 stets von rechts nach links - auf die Zeichnung bezogen - bewegt wird. Der Steg

19 des den treibenden Kupplungeteils 11 bildenden Ringkörpers ist aus der Symmetrieebene heraus nach dem Einlaß des Arbeitsspalts 17 hin versetzt. Auf diese Weise wird auf seiner linken Seite ein Speicherraum 20 gebildet. Der Steg 19 bildet also gewissermaßen - da im Arbeitsspalt 17 stets von rechts nach links gefördert wird - eine Trennwand zwischen dem Speicherraum

20 und dem den Arbeitsraum darstellenden Arbeitsspalt 17·

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Im Steg 19 ist eine Öffnung 21 vorgesehen, deren Einlaß durch ein drehzahlabhängiges Steuerorgan 22 und deren Auslaß durch ein temperaturabhängiges Steuerorgan 23 gesteuert ist. Nach Figur 2 dient als temperaturabhängiges Steuerorgan ein Bimetallstreifen 24, der an einem Ende am Steg 19 befestigt ist und mit seinem anderen Ende die Öffnung 21 überdeckt. Eine Unterlegscheibe zwischen dem Streifen 24 und dem Steg 19 dient zur Einjustierung des Bimetallstreifens 24. Bei entsprechender Erwärmung dieses Bimetallstreifens biegt er sich vom Steg 19 mehr oder weniger nach außen ab (siehe Figur l) , so daß die Öffnung 21 dann mehr oder weniger freigegeben wird. Eine Schraube 25 begrenzt mit ihrem Kopf den Öffnungshub des Bitnetrsilstreifene 24·

Nach Figur 3 dient als drehzahlabhängiges Steuerorgan ein Schwenkhebel 26, der an einem Ende mittels eines Bolzen 27 am Steg gelagert ist. Der Schwenkhebel 26 wird durch eine am anderen Ende angreifende Feder 28 gegen einen Anschlag 29 nach innen gezogen. In dieser Stellung gibt er die Öffnung 21 frei* Bei steigender Drehzahl überwindet die am Schwenkhebel 26 angreifende Fliehkraft die Kraft der Feder 28, so daß die Öffnung mehr oder weiniger verschlossen wird. In der Endlage liegt dann der Schwenkhebel 26 am äußeren Anschlag 30 ^an» d.h. die Schließstellung ist dann erreicht.

Nach Figur 4 ist der Schwenkhebel 31 knieförmig ausgebildet und sein Ende 32 weist etwa radial nach innen. Im übrigen entspricht die Anordnung derjenigen nach Figur 3. Lediglich der äußere Anschlag 30 ist nunmehr in Fortfall gekommen. Der Rand 33 des treibenden Kupplungsteils 11 dient nunmehr selbst als Anschlag in der Schließstellung. Diese Ausbildung hat die Wirkung, daß bei Beschleunigungen am Schwerpunkt 34 des Schwenkhebels 31 eine Tangentialkomponente 35 angreift, die den Schwenkhebel 31 kurzzeitig in die Schließstellung bringt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Lüfterkupplung leuchtet aus den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ein. Der Ar-

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beitsspalt 17 wird nur dann mit der viskosen Flüssigkeit versorgt, wenn beide Steuermittel 22 und 23 zumindest teilweise offen sind. In allen anderen Fällen wird der Arbeitsspalt 17 durch das Fördergewinde 18 leer gefördert, d.h. die Kupplung ist dann gelöst. Solange die Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, z.B. beim Kaltstart, bleibt die Queröffnung 21 stets verschlossen, so daß möglichst schnell Betriebstemperatur erreicht wird. Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird dann durch den Bimetallstreifen 2k die Queröffnung 21 freigegeben, und in diesem Zustand erfolgt die Regelung der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl durch den Schwenkhebel 26 bzw. 31.

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Claims

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Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart

Ansprüche

(1·) Flüssigkeitsreibungskupplung (Viskositätskupplung), insbesondere für den Lufterantrieb bei Brennkraftmaschinen, wobei zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil ein mindestens einen Arbeitsspalt aufweisender Arbeitsraum angeordnet und außerdem ein Speicherraurn vorgesehen ist, welcher mit dem Arbeitsraum über Öffnungen in Verbindung steht und wobei der Querschnitt dieser Öffnung sowohl von der Temperatur als auch von der Drehzahl steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Öffnung bzw. Öffnungen durch voneinander getrennte Mittel von der Temperatur und unabhängig davon von der Drehzahl steuerbar sind.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Speicherrauin (20) vom Arbeitsraum trennenden umlaufenden Wandung mindestens eine Öffnung angeordnet ist, welche auf einer Seite durch die drehzahlabhängig (22) und auf der anderen Seite durch die temperaturabhängig gesteuerten Mittel (23) verschlossen und durch diese unterhalb einer bestimmten oberen Drehzahl und oberhalb einer bestimmten Temperatur mehr oder weniger zu öffnen ist.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der tx*eibende Kupplungsteil (ll) als ein im Querschnitt T-föriniger Ringkörper ausgebildet ist, dessen äußere Umfangsflache (16) zusammen mit der inneren Umfangsflache (15) des gehäuseförmig ausgebildeten getriebenen Kupplungsteils (12) einen Arbeits·

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spalt (17) bildet und dessen Steg (19) die Trennwand zwischen Speicherraum (20) und Arbeitsraum bildet.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einen der den Arbeitsspalt (17) bildenden Flächen in an sich bekannter Weise ein Fördergewinde (l8) angeordnet ist.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (19) des im Querschnitt T-förmigen Ringkörpers aus seiner Symmetrieebene in Richtung auf den Einlaß des Fördergewindes (l8) hin versetzt und so am Auslaß des Fördergewindes der Speicherraum (20) gebildet ist.
6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 his 5» dadurch gekennzeichnet, daß im Steg (19) eine Queröffnung (21) angeordnet ist, welcher auf der Seite des Speicherraums (20) ein drehzahlabhängiges und auf der entgegengesetzten Sexte ein temperaturabhängiges Verschlußorgan zugeordnet ist.
7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Verschlußorgan ein Bimetallstreifen (24) vorgesehen ist, welcher die Öffnung (21) überdeckt und welcher beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur zunehmend von ihr abhebt.
8. Kupplung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das drehzahlabhängige Verschlußorgan durch einen am Steg (19) gelagerten fixehkraftbeaufschlagbaren Schwenkhebel (26, 31) gebildet ist, der durch eine Feder (28) gegen einen Anschlag (29) in eine die Öffnung (2l) freigebende erste Lage gezogen wird und durch Fliehkraft oberhalb einer bestimmten Drehzahl in eine die Öffnung (21) überdeckende zweite Lage bewegbar ist.

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9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel (31) knieförmig ausgebildet und mit seinem radial einwärtsgekehrten Ende (32) am Steg (19) gelagert ist.
10. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Lager- bzw. Befestigungsstellen der Verschlußkörper gegenüber der Öffnung (21) in Drehriclitung des treibenden Kupplungsteils (ll) versetzt sind.

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