DE2355496A1

DE2355496A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE2355496A1
Application number: DE19732355496
Authority: DE
Inventors: Stanley Berry Turner; Kenneth Gordon Wallace
Original assignee: Task Power & Control Ltd
Current assignee: Task Power & Control Ltd
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1455819A; FR2209429A5; IT999333B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem drehbaren Kupplungsteil zur Aufnahme oder Übertragung eines Antriebsdrehmoments sowie die Anwendung dieser Kupplung.

Nach der Erfindung weist eine derartige Kupplung einen thermomechanischen Umformer auf, der durch Wärmezufuhr derart betreibbar ist, daß er den Kupplungsteil in eine oder aus einer Lage verschiebt, in der der Kupplungsteil das Antriebsdrehmoment aufnimmt oder überträgt.

Vorzugsweise weist der Umformer ein mit einem durch Wärme zur Durchführung der Verschiebung dehnbaren Material gefülltes Gehäuse auf. Bei dem dehnbaren Material handelt es sich vorzugsweise um ein Öl oder Wachs, das durch Wärme dehnbar ist, um die Verschiebung zu bewirken. Vorzugsweise wird ein Wachs oder ein anderes Material verwendet, das die Wärme absorbiert und dabei einer Zustandsänderung unterliegt, um die Verschiebung zu bewirken. Hierbei wird einfach die Ausdehnung des das dehnbare Material enthaltenden Gehäuses, bei dem es sich vorzugsweise um ein Wellrohr oder eine Kolben-Zylinder-Anordnung handelt, herangezogen^ um einehdhe Kraft auf einer wirksamen, wenn auch normalerweise kurzen, Strecke auszuüben,,

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Für einige Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, den Umformer mit einem inneren Kreis für die Zirkulation eines Kraftmaschinenkühlmittels oder eines anderen Erwärmungsfluids in thermischer Verbindung mit dem dehnbaren Material zu versehen.

Ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall der Kupplung ist die Steuerung des sich drehenden Kühlmittelkühler-Gebläses (bzw. Ventilators) einer inneren Verbrennungskraftmaschine. Für diesen Anwendungsfall kann der drehbare Kupplungsteil zusammen mit dem Gebläse drehbar und der Umformer derart angeordnet sein, daß der Kupplungsteil durch den Umformer in die Antriebslage verschiebbar ist, in der der Kupplungsteilmit einem ständig drehbaren Antriebsteil in Eingriff steht.

Um die Ansprechgeschwindigkeit des Umformers zu erhöhen, kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die die Fluidbewegung unterstützt und die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches zwischen dem Umformer und dem erwärmenden Fluid erhöht. Eine derartige Einrichtung kann so wirken, daß sie einen schnellen Durchfluß des wärmenden Fluids, einen turbulenten Durchfluß des wärmenden Fluids (wobei die Turbulenz beispielsweise durch Vorsprünge oder Hindernisse gebildet wird) oder beides bewirkt. Vorzugsweise ist der Umformer so angeordnet, daß er zusammen mit dem Drehantrieb drehbar ist, und so ausgebildet, daß er die Fluidbewegung unterstützt. Mit einem drehbar angeordneten Umformer erhält man die besten Ergebnisse dann, wenn man dafür sorgt, daß der Umformer mindestens einen inneren Kanal einer solchen Form und Anordnung aufweist, daß sich eine Zentrifugalpumpwirkung auf das wärmende Fluid ergibt.

Besonders günstig ist es, wenn die Kupplung mit einer Kühlmitteldurchflußsteuereinrichtung verbunden ist, die derart betreibbar ist, daß sie den Umformer mit einem Kühlmitteldurchfluß oberhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereichs des dehnbaren Materials zur Betätigung der Kupplung

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in der einen Richtung oder mit einem Kühlmitteldurchfluß unterhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereichs des Materials zur Betätigung der Kupplung in der anderen Richtung beaufschlagt, so daß eine Zwangsbetätigung der Kupplung erzielt wird. So kann die Kupplung ein thermostatisches Ventil, das derart betreibbar ist, daß es den Umformer öffnet und nur dann mit einem heißen Kühlmitteldurchfluß beaufschlagt, wenn die Temperatur des heißen Kühlmittels über der-Übergangstemperatur oder dem Temperaturbereich des dehnbaren Materials liegt, und ein Ventil aufweisen, das derart betreibbar ist, daß es den umformer mit einem Kühlmitteldurchfluß unterhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereichs beaufschlagt, wenn das thermostatische Ventil geschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematlscher Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben* Es zeigen:

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung eines Dieselmotors mit einer Kühleinrichtung, die eine nach der !Erfindung ausgebildete Kupplung aufweist,

Fig. 2 die Kupplung nacn Fig. 1 und die zugehörige Einrichtung ausführlicher,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Kupplung und

Fig. 4 die Anordnung eines dritten AusführungsbeiSpiels einer nach der Erfindung ausgebildeten Kupplung in einem Kühlmittelkreislauf einer Kraftmaschine.

Nach Fig. 1 ist der Kühlmittelkreis der Kraftmaschine 1, bei der es sich um einen Dieselmotor handelt, so ausgebildet, daß das Kühlmittel über eine Leitung 2 durch einen Kühler 8 geleitet wird und über eine Leitung 3 zur Kraftmaschine zurückkehrt. Wenn die Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 2

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einen vorbestimmten Wert erreicht, öffnet sich ein temperaturempfindliches Kühlmittelventil 4, das einen Temperaturfühler 4 (Fig. 2) aufweist, so daß ein kleiner Anteil des Kühlmittels über eine Leitimg 5 am Kühler vorbeigeleitet wird und eine Kupplung 6 so betätigt, daß ein Gebläse 7 (oder Ventilator) durch die Kraftmaschine angetrieben wird, um den Kühler 8 zu kühlen.

Nach Fig. 2 ist das Gebläse 7 zusammen mit einer Kupplungsscheibe 18 drehbar gelagert, der eine Keilriemenscheibe 9 zugeordnet ist, die ständig durch die Kraftmaschine angetrieben wird. Durch die Verschiebung der Kupplungsscheibe in eine Drehmomentaufnahmelage, in der sie mit der Keilriemenscheibe in Eingriff steht, wird das Gebläse durch die Kraftmaschine angetrieben.

In die Leitung 5 ist eine Anordnung eingeschaltet, die ein Rohr 5a aufweist, das in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 10 angeordnet ist. Das Gehäuse 10 ist mit Öl oder Wachs 11 gefüllt, so daß zwischen dem aus dem Hauptkühlmittelstrom abgezweigten Kühlmittel, das durch die Leitung 5 strömt, und der Füllung 11 Wärme ausgetauscht werden kann. Die Wand des Gehäuses ist gewellt, so daß sich ein Wellrohr ergibt.

Die durch eine Erwärmung hervorgerufene Ausdehnung der Füllung 11 bewirkt, daß das Gehäuse sich in axialer Richtung ausdehnt und das Gebläse sowie die Kupplungsscheibe 8, die an einem Ende des Gehäuses mittels eines Kugellagers drehbar gelagert sind, solange verschiebt, bis die Kupplungsscheibe gegen die Keilriemenscheibe 9 drückt und eine Antriebsverbindung zwischen Gebläse und Keilriemenscheibe hergestellt ist. An seinem dem Gebläse gegenüberliegenden Ende wird das Gehäuse 10 von einem Halter 12 gehalten, der auf einer Schraubenfeder 13 aufsitzt. Die Schraubenfeder 13 drückt den Halter 12 gegen die Innenseite

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der Wand 14 eines Gehäuses, aus dem das Gehäuse 10 seinerseits herausragt. Durch Zusammendrücken der Schraubenfeder 13 werden die Keilriemenscheibe 9, die Kupplungsscheibe 8, das Gehäuse 10 und die Lager von zu hohen Kräften entlastet, die bei andauernder Erwärmung der Füllung 11 auftreten können.

Wenn die Schraubenfeder 13 bei sich ausdehnender Füllung zusammengedrückt wird, kommt ein Sitz 15, der am Ende des Rohrs 5a vorgesehen ist, mit einem Zapfen 16 zur Anlage, so daß der Durchfluß des Kühlmittels in der Leitung 5 unterbrochen oder verringert und die Ausdehnung der Füllung 11 begrenzt wird.

Gewünschtenfalls kann eine Vorheizeinrichtung (die elektrisch ausgebildet sein kann) und eine Dehnungsbegrenzungsvorrichtung (ein Schalter oder ein Ventil) vorgesehen sein, um die Ansprechzeit der Vorrichtung zu verringern und für eine Kompensation der Abnutzung zu sorgen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Kanal für ein Kühlmittel durch eine zylindrische Kammer 201 gebildet, die einen Kühlmitteleinlaß 202, der mit einer in radialer Richtung mittleren Stelle der Kammer in Verbindung steht, und einen Kühlmittelauslaß 203 aufweist, der mit einer Umfangsstelle der Kammer in Verbindung steht. In der Kammer 201 ist ein Umformer angeordnet«, Dieser umfaßt einen in axialer Richtung kurzen Zylinder 204 _s der mit einem molekularraffinierten Petroleumwachs 205 gefüllt ist, das einen Schmelzbereich von etwa 0,75⁰C und einen nominalen Schmelzpunkt von 84°C. hat. Ein Kolben 206 mit einem Dichtring 207, der zusammen mit dem Zylinder 204 drehbar ist₈ hält das Wachs im Zylinder und wird nach außen gedrückt _D wenn das Wachs schmilzt, so daß ein normalerweise stillstehendes Gebläse 208 zwischen sich ständig drehenden Kupplungsscheiben 209 und 210 von diesen erfaßt und angetrieben wird«, Ein Adapter 214 dient zum

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Anschließen der Vorrichtung an eine Antriebswelle, normaler-weise der treibenden Welle einer Kraftmaschine, deren Kühlung durch das Gebläse 208 geregelt werden soll.

Eine Feder 211 ist ständig bestrebt, den Kolben nach innen in den Zylinder zu drücken, so daß er einer Zusammenziehung des Wachses folgt. Ohne die Feder hätte eine -undichte Stelle zwischen dem Kolben und dem Zylinder das Eindringen von Luft oder Kühlmittel zur Folge.

Von der mittleren Öffnung 212 des Kolbens zu dessen Umfang führen Rohre 215, die vom Wachs umgeben und mit äußeren Vorsprängen 213 aus Metall zur Unterstützung des Wärmeaustausches zwischen dem Wachs und dem Kühlmittel in den Rohren versehen sind. Vom Kühlmittel aus gesehen ist der Kolben der Läufer· einer Zentrifugalpumpe. Ein schneller Durchfluß des Kühlmittels, der durch den Zentrifugalpumpeffekt bewirkt wird₉ unterstützt die schnelle Erwärmung und Kühlung des Wachses und dadurch ein schnelles Einkuppeln und Auskuppeln der Kupplungsscheiben 209, 210 und des Gebläses.

Wenn anstelle von Petroleumwachs 205 ein Material verwendet wird, das sich bei Verflüssigung zusammenzieht, wird die Anordnung entsprechend anders getroffen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine aus einem Betätigungsteil 301, einer Kupplung 302 und einem Gebläse gebildete Anordnung zur Unterstützung der Kühlung eines aus einer Kraftmaschine austretenden Kühlmittels durch einen Kühler 304 vorgesehene Der Kühlmittelauslaß 203' des Betätigungsteils ist mit der Kühlmittelrückleitung 305 verbunden, die von der kühleren Seite C des Kühlers wegführt. Der Kühlmitteleinlaß 202' ist mit der Leitung 305 über ein Rückschlagventil 310 und ferner über ein thermostatisches Ventil 308 mit einer Kühlmittelleitung 307, die zur heißeren Seite H des Kühlers 304 führt, verbunden.

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Das thermostatische Ventil 308 weist ein mit Wachs gefülltes Wellrohr auf, und das Wachs schmilzt bei einer um beispielsweise 4°C über der Solltemperatur, bei der der Betätigungsteil die Kupplung einkuppelt, liegenden Temperatur.

Wenn die Temperatur des zur heißen Seite H des Kühlers strömenden Kühlmittels die Betätigungstemperatur des thermostatischen Ventils 308 erreicht, wird durch den Zentrifugalpumpeffekt des Betätigungsteils 301 etwas Kühlmittel in die Rückleitung 305 gepumpt. Da die Temperatur des abgezweigten Kühlmittels größer als die Betätigungstemperatur des Betätigungsteiles ist, erfolgt eine schnelle Zwangseinkupplung der Kupplung zur Betätigung des Gebläses„ Wenn die Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 307 soweit abgenommen hat, daß sich das thermostatische Ventil 308 schließt, pumpt der Betätigungsteil Kühlmittel von der kalten Seite des Kühlers über eine Leitung 309, in der das Rückschlagventil 310 angeordnet ist» um ein schnelles zwangsweises Auskuppeln der Kupplung 302 zu bewirken. Diese Anordnung ergibt einen hinreichenden Schutz gegen einen Gleichgewichtszustand, in dem die Kupplung durchrutscht.

Abweichungen von den dargestellten. Ausführungsbeispielen liegen im Rahmen der Erfindung. So kann beispielsweise das Ventil 4 weggelassen werden, ^nerm. es sich bei der Füllung um ein Wachs handelt, das eine sehr große Yolumendehnung in einem kleinen Temperaturbereich aufweist..

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Claims

Patentansprüche

f1,j Kupplung mit einem drehbaren Kupplungsteil zur Aufnahme oder Übertragung eines Antriebsdrehmoments, gekennzeichnet durch einen thermomechanischen Umformer, der durch Wärmezufuhr derart betreibbar ist, daß er den Kupplungsteil in • eine oder aus einer Lage verschiebt, in der der Kupplungsteil das Antriebsdrehmomerrt aufnimmt oder überträgt.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer ein mit einem durch Wärme zur Durchführung der Verschiebung dehnbaren Material (11) gefülltes Gehäuse (10; 204, 206) aufweist.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnbare Material ein Material ist, das die Wärme absorbiert und dabei einer Zustandsänderung unterliegt, um die Ver-

, Schiebung zu bewirken.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Wachs ist.
5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) ein Wellrohr ist.
6. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (204, 206) einen Zylinder (204) aufweist, in dem ein Kolben (206) durch die Ausdehnung des dehnbaren Materials (11) verschiebbar ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einem inneren Kreis für die Zirkulation eines Kühlmittels einer Kraftmaschine oder eines anderen Erwärmungsfluids in thermischer Verbindung mit dem dehnbaren Material versehen ist.

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8, Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer und ein Kühlmittelkanal so angeordnet sind, daß sie in thermischer Verbindung stehen, und daß die Kupplung eine Einrichtung aufweist, die die Fluidbewegung zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Wärmeaustausches zwischen.dem Umformer und dem Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal unterstützt.
9. Umformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer so angeordnet ist, daß er zusammen mit dem Drehantrieb drehbar ist* und so ausgebildet ist, daß er die Fluidbewegung unterstützt.
10. Kupplung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer so angeordnet ist, daß er zusammen mit dem Dreh- antrieb drehbar ist, und mindestens einen inneren Kanal aufweist, der mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung steht.
11. Kupplung nach Anspruch 1O₅ dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in dem Kühlmittelkanal drehbar angeordnet ist.
12. Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal eine Ummantelung aufweist, die das Gehäuse im wesentlichen vollständig umgibt.
13. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung mit einer Kühlmitteldurchflußsteuereinrichtung verbunden ist, die derart betreibbar ist, daß sie den Umformer mit einem Kühlmitteldurchfluß oberhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereiches des dehnbaren Materials zur Betätigung der Kupplung in der einen Richtung oder mit einem Kühlmitteldurchfluß unterhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereichs des Materials zur Betätigung der Kupplung in der anderen Richtung beaufschlagt, so daß eine Zwangsbetätigung der Kupplung erzielt wird«,

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14. Kupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein thermostatisches Ventil (308) aufweist, das derart betreibbar ist, daß es den Umformer öffnet und nur dann mit einem heißen·Kühlmitteldurchfluß beaufschlagt, wenn die Temperatur des heißen Kühlmittels über der Übergangstemperatur oder dem Temperaturbereich des dehnbaren Materials liegt, und ein Ventil (308) aufweist, das derart betreibbar ist, daß es den Umformer mit seinem KühlmitteIdurchfluß unterhalb der Übergangstemperatur oder des Temperaturbereichs beaufschlagt, wenn das thermostatische Ventil geschlossen ist.
15. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Kupplungsteil ein zusammen, mf/fc diesem drehbar angeordnetes Gebläse (7; 208; 303) aufweist und der Umformer derart angeordnet ist, daß der Kupplungsteil durch den Umformer in die Antriebslage verschiebbar ist, in der der Kupplungsteil mit einem sich ständig drehenden Antriebsteil in Eingriff steht.
16. Kraftmaschinenkühlvorrichtung mit einem Kühlmittelkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (8; 304) mit einer Kupplung nach Anspruch 15 in Verbindung steht und das Gebläse die Kühlung des Kühlers bewirkt.

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