DE2212367C3

DE2212367C3 - Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für den Lüfterantrieb bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2212367C3
Application number: DE2212367A
Authority: DE
Inventors: Herbert 7000 Stuttgart Erath
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1981-07-16
Also published as: GB1375812A; JPS5652174B2; DE2212367B2; IT979806B; DE2212367A1; US3840101A; JPS491933A; FR2176434A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, die durch die DE-OS 20 09 268 bekannt ist

Die 2um 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 Lüfterleistungen, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen finden sehr oft Flüssigkeitskupplungen anderer Art Verwendung, die drehzahlabhängig abschalten (DE-OS 21 53 720). 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.

Bei Flüssigkeitsreibungskupplungen allgemein wird die zum Zwecke des Ein- und Ausrückens veränderliche Füllung dadurch erreicht, daß der Betriebsflüssigkeit durch ein Ventil der Zutritt zum Arbeitsspalt freigegeben oder versperrt wird. Bei bekannten Ausführungen der die Erfindung betreffenden Art wird dieses Ventil über einen Bimetallschalter in Abhängigkeit von der Lufttemperatur hinter dem Motorkühler und damit neben anderen Umgebungseinflüssen indirekt von der Wassertemperatur des Kühlers — dagegen bei den bekannten Ausführungen anderer Art mit ausschließlich drehzahlabhängigem Abschalten - durch einen Fliehkraftschalter betätigt Bei geschlossenem Ventil sorgt eine geeignete Einrichtung, wie Fördergewinde oder Abstreifer, in beiden Fällen für die Entleerung des Arbeitsspaltes.

Während die bekannten bimetallgeschalteten Kupplungen also nur oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle zuschalten und die hohe Lüfterdrehzahl ermöglichen, sind die bekannten fliehkraftgesteuerten

ίο Systeme unterhalb einsr bestimmten Schaluirehzahl unabhängig von der Motortemperatur immer eingeschaltet

In vielen Fällen genügen die bekannten fliekraftgeschalteten Kupplungen, die nur im unteren Motordrehzahlbereich zugeschaltet sind, den Anfordemngen des normalen Betriebes. Beim Kaltstart aus tiefen Temperaturen haben diese Kupplungen aber den großen Nachteil, daß die Übertragungsfähigkeit — vor allem diejenige unterhalb der Abschaltdrehzahl — infolge der

stark erhöhten Viskosität des Übertragungsmittels, meist SilikonöL erheblich vergrößert ist

Deshalb können sehr hohe Überdrehzahlen des Lüfters mit entsprechender Leistungsaufnahme und Geräuschentwicklung auftreten, weil im Normalbetrieb bei entsprechenden Öltemperaturen bereits vor der Abschaltdrehzahl ein erheblicher Schlupf auftritt der sich bei tiefen Temperaturen stark verkleinert und zu Überdrehzahlen fükirt 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 um so mehr, als infolge des stark verringerten Kupplungsschlupfes die Ölerwärmung nur langsam vor sich geht und der ungünstige Zustand noch lange nach dem Kaltstart anhält

Aus der DE-AS 12 18 227 ist eine nicht unter den Oberbegriff von Patentanspruch 1 fällende Flüssigkeitsreibungskupplung vorbekannt, bei der nicht der Querschnitt der den Speicherraum mit dem Arbeitsraum verbindenden Öffnung von den auf der einen Seite

der die Öffnung aufweisenden Wandung angeordneten Ventilteilen temperaturabhängig gesteuert wird, sondern ein in der Öffnung unter Belassung eines konstanten Durchtrittsquerschnittes beweglich gelagertes Stauglied. Die Wandung ist zur getriebenen Kupplungshälfte drehfest, um in dem eine zur treibenden Kupplungshälfte drehfeste Scheibe aufnehmenden Arbeitsraum einen zur Verringerung der Füllung des Arbeitsraumes führenden Staudruck unter dem Einfluß des Staugliedes zu bilden. Bei niedrigen Temperaturen ist das Stauglied durch die temperaturabhängigen Ventilteile in eine erste Endstellung betätigt in der es am weitesten in den Arbeitsraum hineinragt, wodurch der erzeugte Staudruck auf den höchsten und damit die Füllung im Arbeitsraum infolge des durch den konstanten Durchtrittsquerschnitt sich einstellenden Druckgefälles zum Speicherraum auf den kleinsten Wert eingestellt ist. Unter diesen Umständen geht die Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte gegen Null.

Bei hohen Temperaturen ist das Stauglied durch die

μ (emperaturabhängigen Ventilteile in eine zweite Endstellung betätigt, in der es vollständig außerhalb des Arbeitsraumes liegt, wodurch der Staudruck auf seinen niedrigsten und damit die Füllung im Arbeitsraum auf

den höchsten Wert eingestellt ist Unter diesen Umständen bleibt die Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte um einen relativ kleinen Schlupf gegenüber der Drehzahl der treibenden Kupplungshälfte zurück.

Bei mittleren Temperaturen stellen sich bei dieser bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung jedoch gravierende Nachteile ein, weil an den temperaturabhängigen Ventilteilen ein Fliehgewicht aufgehängt ist, das — da die temperaturabhängigen Ventilteile an der getriebenen Kupplungshälfte gehaltert sind — mit der Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte umläuft. Bei mittleren Temperaturen befindet sich das Stauglied in Zw'schensiellungen, in denen es nur teilweise in den Arbeitsraum hineinragt, wodurch sowohl der Staudruck als auch die Füllung im Arbeitsraum auf kleine oder mittlere Werte eingestellt ist. Unter diesen Umständen wird der die Drehzahl der getriebenen Kupplungshälfte verringernde Schlüpf relativ hoch, wenn die Drehzahl der treibenden Kupplungshälfte, d.h. die Motordrehzahl, ansteigt Unter diesen Umständen ist der Einfluß der Motordrehzahl auf das im Sinne des Abschaltens auf die temperaturabhängigen Ventilteile einwirkende FHehgewicht mehr oder weniger beeinträchtigt, so daß die Gefahr besteht, daß die getriebene Kupplungshälfte — also der Lüfter — auch bei höheren Motordrehzahlen noch angetrieben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden. Es soll also eine Kupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 mit gutem Kaltstartverhalten und stabiler Regelcharakteristik geschaffen werden, die auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung befriedigt.

Diese Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es von wesentlichem Vorteil, daß die Öffnung bzw. öffnungen durch voneinander getrennte Ventilteile von der Temperatur und unabhängig davon -to von der Drehzahl steuerbar sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung der drehzahlabhängigen Ventilteile auf der zu den temperaturabhängigen Venlilteilen entgegengesetzten Seite der den Speicherraum vom Arbeitsraum abteilenden Wandung ist bei der bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung mit Einwirkung eines Fliehgewichtes auf die temperaturabhängigen Ventilteile nicht möglich, weil bei dieser die beiden Stirnflächen der im Arbeitsraum angeordneten, zur treibenden Kupplungshälfte drehfesten Scheibe mit den benachbarten Flächen der getriebenen Kupplungshälfte bzw. der Wandung zur Bildung von engen radialen Arbeitsspalten für die viskose Flüssigkeit zusammenarbeiten. Wegen des Staudruckprinzipes muß die den konstanten Durchtrittsquerschnitt aufweisende öffnung der Wandung radial außen zu den Arbeitsspalten liegen, um den Arbeitsraum entleeren zu können. In diesem Bereich des Arbeitsraumes besteht jedoch keine Unterbringungsmöglichkeit für ein auf das Stauglied einwirkendes Fliehgewicht und seiner kinematischen Anlenkungsteile, die an der Wandung verankert sein müssen. Zudem gibt diese Druckschrift keinen Hinweis, das Fliehgewicht direkt mit der treibenden Kupplungshälfte umlaufen zu lassen.

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

Die Steuerung der öffnung durch das drehzahlabhängige Ventilteil kann mittelbar erfolgen, jedoch bevorzugt die Erfindung eine möglichst unmittelbare Steuerung nach Patentanspruch 2. Dabei kann auch für die zweite Lage gemäß Patentanspruch 2 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 die Ausgestaltung des drehzahlabhängigen Ventilteiles nach Patentanspruch 3 vorgenommen ist, weil dann hohe Beschleunigungen ein kurzzeitiges Schließen der öffnung bewirken und ein Hochdrehen des Lüfters in der Beschleunigungsphase vermieden wird.

Und schließlich wird für die Lnger- bzw. Befestigungsstellen der Ventilteile die Anordnung nach Patentanspruch 4 vorgeschlagen. Auf diese Weise kann man vermeiden, daß etwa die Ventilteile durch die Relativbewegung der viskosen Flüssigkeit gegenüber dem fcibenden Kupplungsteil abgehoben werden.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 den schematischen Aufbau eines Lüfterantriebs mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung im Schnitt,

Fig.2 eine Ansicht (auszugsweise) der treibenden Kupplungshälfte von Fig. 1 mit einem Bimetallstreifen als temperaturabhängiges Ventilteil,

Fig.3 eine Ansicht (auszugsweise) der treibenden Kupplungshälfte von Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform des drehzahlabhängigen Ventilteiles und

Fig.4 eine Ansicht (auszugsweise) der treibenden Kupplungshälfte von F i g. 1 mit einer anderen Ausführungsform des drehzahlabhängigen Ventilteiles.

Nach F i g. 1 wird eine Flüssigkeitsreibungskupplung 10 aus einer treibenden Kupplungsliälfte 11 und einer getriebenen Kupplungshälfte 12 gebildet. Die treibende Kupplungshälfte U ist unmittelbar auf der Kurbelwelle 13 angeordnet bzw. steht mit dieser in drehfester Verbindung. Die getriebene Kupplungshälfte 12 trägt das Lüfterrad 14 bzw. ist mit diesem in Triebverbindung.

Die getrisbene Kupplungshälfte 12 ist gehäuseartig ausgebildet und weist eine Umfangsfläche 15 auf, In diesem Gehäuse ist der mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildete Ringkörper der treibenden Kupplungshälfte U angeordnet. Seine äußere Umfangsfläche 16 bildet mit der inneren Umfangsfläche 15 der getriebenen Kupplungshälfte 12 den Arbeitsspalt 17. In der Umfangsfläche 16 ist ein Fördergewinde 18 vorgesehen, welches dafür sorgt, daß die viskose Kupplungsflüssigkeit im Arbeitsspalt 17 stets von rechts nach links - auf die Zeichnung bezogen - bewegt wird. Die Wandung 19 des die treibende Kuppiungshälfte 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. Die Wandung 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. In der Wandung 19 ist eine Öffnung 2) vorgesehen, deren Einlaß durch ein drchzahlabhängiges Ventilteil 22 und deren Auslaß durch ein temperaturabhängiges Ventilteil 23 gesteuert ist. Nach F i g. 2 dient als temperaturabhängiges Ventilteil ein Bimetallstreifen 24. der an einem Ende an der Wandung 19 befestigt ist und mit seinem anderen Ende die öffnung 21 überdeckt. Eine Unterlegscheibe zwischen dem Streifen 24 und der Wandung 19 dient zur IEinjustierung des Bimetallstreifens 24. Bei entsprechender Erwärmung dieses Bimetallstreifens biegt er sich von der Wandung 19 mehr oder weniger nach außen ab (siehe Γ i g. 1). so daß die Öffnung 21 dann mehr oder weniger freigegeben wird. Eine Schraube 25 begrenzt mit ihrem Kopf den Öffnungshub des Bimetallstreifens 24.

Nach Fi" ? Hipnt ak Hrrh/ahlnbhängiees Ventilteil ein Schwenkhebel 26. der an einem Ende mittels eines Bolzen 27 an der Wandung 19 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 21 mehr oder weniger verschlossen wird. In der Endlage liegt dann der Schwenkhebel 26 am äußeren Anschlag 30 an. d. h. die Schließstellung ist dann erreicht.

Nach F i g. 4 ist als drehzahlabhängiges Ventil toil ein Schwenkhebel 31 knieförmig ausgebildet, sein Ende Ϊ2 weist etwa parallel nach innen. Im übrigen entspricht die Anordnung derjenigen nach F i g. 3. Lediglich der äußere Anschlag 10 ist nunmehr in Fortfall gekommen. Der Rand 33 der treibenden Kupplungshälfte 11 dient nunmehr selbst als Anschlag in der Schließstellung. Diese Ausbildung hat die Wirkung, daß bei Beschleunigungen am Schwerpunkt 34 des Schwenkhebels Jl eine Tangentialkomponente 35 angreift, die den Schwenkhebel 31 kurzzeitig in die Schließstellung bringt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen flüssigkeitsreibungskupplung leuchtet aus den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung ein. Der Arbeitsspalt 17 wird nur dann mit der viskosen Flüssigkeit versorgt, wenn beide Ventilteilc 22 und 23 zumindest teilweise offen sind. In allen anderen Fällen wird der Arbeitsspalt 17 durch das Fördereewinde 18 leer gefördert, d. h. die Kupplung ist dann gelöst. Solange die Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, z. B. beim Kaltstart, bleibt die Öffnung 21 stets verschlossen, so daß möglichst schnell Betriebstemperatur erreicht wird. Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird dann durch den Bimetallstreifen 24 die öffnung 21 freigegeben, und in diesem Zustand erfolgt die Regelung der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl durch den Schwenkhebel 26 bzw.3l.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für den Lüfterantrieb von Brennkraftmaschinen, mit einem zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungshälfte angeordneten, mindestens einen Arbeitsspalt aufweisenden, durch eine Wandung von einem Speicherraum getrennten Arbeitsraum und mindestens einer beide Räume verbindenden und einen Flüssigkeitsübertritt erlaubenden Öffnung, deren Querschnitt temperaturabhängig durch auf der einen Seite der Wandung angeordnete Ventilteile steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (21) zusätzlich durch ein auf der anderen Seite der Wandung (19) liegendes drehzahlabhängiges Ventilteil (22) steuerbar ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehzahlabhängige Ventilteil durch einen an der Wandung (19) gelagerten fliehkraftbeaufschlagbaren Schwenkhebel (26, 31) gebildet ist, der durch eräe Feder (28) gegen einen Anschlag (29) in eine die Öffnung (21) freigebende erste Lage gezogen wird und durch Fliehkraft oberhalb einer bestimmten Drehzahl in eine die Öffnung (21) überdeckende zweite Lage bewegbar ist

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhebel (31) knieförmig ausgebildet und mit seinem radial einwärts gekehrten Ende (32) an der Wandung (19) gelagert ist

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die- Lager- bzw. Befestigungsstellen (25, 27) der Ventilteile (23, 22) gegenüber der Öffnung (21) in Drehrichtung der treibenden Kupplungshälfte (11) versetzt sind.