DE2364234C3 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit in unveränderlichem Abstand angeordneten Scheiben als treibende und getriebene Kupplungshälften, wobei die getriebene Scheibe einen durch eine Trennwand von dem die treibende Scheibe enthaltenden Aktivraum abgeteilten ringförmigen Flüssigkeitsspeicherraum aufweist, dessen der treibenden Scheibe zugewandte Wandung mit einem im Bereich des größten Durchmessers des Aktivraums angeordneten Durchlaß versehen ist, und mit einem mit der treibenden Scheibe verbundenen Schöpfrohr, dessen Enden sich jeweils zu beiden Seiten der Wand erstrecken, wobei ein Ende in Drehrichtung der treibenden Scheibe abgebogen ist.

Bei einer bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art (DT-OS 21 30 568), bei der das Schöpfrohr aus einem mit dem Aktivraum in Verbindung stehenden Schöpfraum in den Flüssigkeitsspeicherraum fördert, ist der die Flüssigkeit abschöpfende Schenkel des Schöpfrohres schwenkbar, so daß der Einlauf in radialer Richtung verstellbar ist. Durch die größere radiale Erstreckung des schwenkbaren Schenkels treten in dem Schöpfrohr, bedingt durch die Zentrifugalkraft, erhebliehe dynamische Strömungswiderstände auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der der Transport der Kupplungsflüssigkeit zwischen dem Speicherraum und dem Aktivraum praktisch wiederstandsfrei erfolgt und die Kupplung damit mit nur geringer Dämpfung regelbar ist. Eine solche Regelung ist insbesondere erforderlich bei Verwendung der Kupplung als Lüfterkupplung für die Belüftung luftgekühlter Motoren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

s^ das Schö^frohr starr mit der treibenden Scheibe verbunden und mit zwei in der effektiven radialen Erstreckung im wesentlichen gleich langen Schenkeln versehen ist, von denen der Auslaßschenkel radial in der treibenden Scheibe mündet, b) eine Steuerstelle im Rücklauf der Flüssigkeitsströmung aus dem Aktivraum in den Speicherraum angeordnet ist

Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen veranschaulicht und im Nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt im Axialschnitt durch den wirksamen äußeren Teil eine erfindungsgemäß ausgebildete Flüssigkeitsreibungskupplung;

Fig.2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. t;

Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung in gleicher Darstellung wie in F i g. 1.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist die treibende Kupplungshälfte als Scheibe 1 ausgebildet Diese Scheibe liegt in der angetriebenen Kupplungshälfte 4 in einer Kammer 4a. Als wirksame Kupplungsflächen sind vorgesehen die Seitenflächen 2 und 3 der Kammer Aa und die diesen zugewandten Oberflächen der Scheibe 1. Zwischen diesen Kupplungsflächen befindet sich in einem Aktivraum 8 die viskose Kupplungsflüssigkeit, deren innerer Flüssigkeitsspiegel A radial verstellbar ist und damit in Abhängigkeit von der durch die Kupplungsflüssigkeit benetzten Fläche das von der Kupplung übertragene Drehmoment

In der angetriebenen Kupplungshälfte 4 ist weiter ein Speicherraum 5 für die Kupplungsflüssigkeit ausgebildet Zwischen der Kammer Aa und dem Speicherraum 5 liegt eine Trennwand 9 mit einer zentralen öffnung 10. Der Aktivraum 8 ist über eine Bohrung 6 in der Trennwand 9 im Bereich des äußeren Umfangs des Aktivraums und einem Kanal 7 mit dem Speicherraum 5 verbunden. Auf der Seitenfläche 3 ist am äußeren Umfang in Drehrichtung hinter der Bohrung 6 eine Stauscheibe 6a vorgesehen. Mit dieser Stauscheibe wird die Kupplungsflüssigkeit vor der Bohrung 6 gestaut, so daß sie durch die Bohrung 6 und den Kanal in den Speicherraum 5 zurückströmt, wie durch den eingezeichneten Pfeil veranschaulicht. Diese Förderung findet statt, solange ein Drehschnellen-Unterschied zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungshälfte vorhanden ist.

Die Scheibe 1 trägt ein in Seitenansicht U-förmiges Schöpfrohr 11, das mit seinem Steg durch die öffnung 10 in der Trennwand 9 zwischen dem Speicherraum und dem Aktivraum hindurchgeführt ist. Der Schenkel Ua des Schöpfrohres 11 taucht mit seinem offenen Ende 12 in den Speicherraum 5 ein.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Schenkel 11 a in der durch den eingezeichneten Pfeil wiedergegebenen Umlaufrichtung der Scheibe 1 bogenförmig nach vorn gekrümmt Die öffnung 12 liegt quer im Speicherraum 5, d. h. auf einem Radius zur Drehachse der Kupplung. Die effektive radiale Erstreckung des Schenkels entspricht dem in F i g. 2 eingezeichneten Maß /ι und die effektive radiale Erstreckung des Schenkels Wb dem eingezeichneten Maß k- Ober die Rohröffnung 12 wird die Kupplungsflüssigkeit im Speicherraum 5 entsprechend der Differenzgeschwindigkeit treibend — getrieben abgeschöpft und über das Rohr auf kürzestem Wege ohne wesentliche Querschnittsänderung und auch ohne Möglichkeit einer Luftblasenbildung in die Aktivkammer ? übergeführt. De die wirksamen

Schenkel im wesentlichen gleich lang sind, tritt die Kupplungsflüssigkeit auf einem Radius in die Aktivkammer ein, der im wesentlichen der Lage der öffnung 12 des Schöpfrohres im Speicherraum entspricht In dem Schöpfrohr tritt dabei eine Heberwirkung auf, durch die s die im Zentrifugalfeld auf die Flüssigkeitssäulen in den beiden Schenkeln des Schöpfrohres einwirkenden Zentrifugalkräfte aufgehoben werden. Durch eine Abstimmung der Längen h und k kann im Zentrifugalfeld darüber hinaus eine positive Förderwirkung erzielt werden, durch die beispielsweise Strömungsverluste innerhalb des Schöpfrohres eliminiert werden. Die Förderung durch das Schöpfrohr wird dann ausschließlich durch den von der Drehzahldifferenz abhängigen Staudruck bestimmt, der sich vor der öffnung 12 des Schöpfrohres aufbaut

Der im Aktivraum liegende Schenkel Wb des Schöpfrohres 11 liegt in einer Ausnehmung der Scheibe 1. Die aus diesem Schöpfrohrschenkel austretende Kupplungsflüssigkeit verteilt sich entsprechend den in F i g. 1 eingezeichneten Pfeilen auf beide Teilräume des Aktivraumes 8.

In dem Kanal 7 befindet sich ein Ventil 13, das hier als den Kanal durchdringendes Stößelventil dargestellt ist. Ober dieses Ventil 13 wird der Durchflußquerschnitt des Kanals 7 verändert und damit die Rückströmung der Kupplungsflüssigkeit in den Speicherraum beeinflußt. In Abhängigkeit von dem Ventil 13 stellt sich dann der Flüssigkeitsspiegel A im Aktivraum 8 ein. Die Steuerstelle kann, statt in dem Kanal 7, auch in der Bohrung 6 oder an der Einmündung des Kanals 7 in den Speicherraum liegen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Schöpfrohres kann der Speicherraum auch auf einem größeren Durchmesser liegen, beispielsweise einem Durchmesser, der größer ist als der kleinste vorgesehene Durchmesser des Flüssigkeitsspiegels A. Dadurch stehen wieder größere Staudrücke und damit größere Kräfte zur Förderung der Kupplungsflüssigkeit aus dem Speicherraum in den Aktivraum zur Verfügung.

Das Regelverhalten der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung ist wie folgt:

In der Darstellung nach F i g. 1 soll der innere Flüssigkeitsspiegel A im Aktivraum der augenblicklichen Gleichgewichtslage der Kupplung entsprechen. Läuft die getriebene Kupplung durch eine äußere Störung schneller, so wird die Differenzgeschwindigkeit des Schöpfrohres 11 im Speicherraum 5 geringer. Über das Schöpfrohr wird damit weniger Flüssigkeit in den Aktivraum gefördert. Damit strömt mehr Flüssigkeit durch den durch das Steuerventil 13 eingestellten Querschnitt des Kanals 7 ab als ourch das Schöpfrohr nachgefördert wird. Der innere Flüssigkeitsspiegel A wandert damit nach außen, die benetzten Kupplungsflächen im Aktivraum werden kleiner, das übertragene Drehmoment sinkt und die getriebene Kupplungshälfte geht wieder auf die ursprüngliche Gleichgewichtsdrehschnelle zurück.

Die Lage des Speicherraumes 5 kann die Ansprechschnelligkeit der Regelung beim Abregein beeinflussen. Ist die Kupplung voll eingeschaltet, so ist der Schlupf treibend — getrieben nur sehr klein, die Stauscheibe 6a bekommt nur geringen Strömungsdruck und auch die statische Druckdifferenz an der Bohrung infolge der verschiedenen Zentrifugaldrücke im Aktivraum einerseits und der getriebenen Kupplungshälfte andererseits ist klein. Legt man den Speicherraum 5 weiter nach innen gegen die Achse der Kupplung, so muß auch noch die Zentrifugaldifferenz zwischen dem Speicher und der Übertrittsbohrung 6 überwunden werden.

Das Schöpfrohr 6 ist so auszubilden, daß seine Heberwirkung in der Zentrifugalkraft nicht beeinträchtigt wird und ein möglichst verlustfreies Überströmen der Flüssigkeit in den Aktivraum erzielt wird, insbesondere durch Vermeidung von Undichtigkeiten und scharfen Übergängen mit Wirbelecken.

Die Förderung der Flüssigkeit in den Aktivraum ist vom Staudruck vor dem im Speicherraum 5 liegenden Ende des Schöpfrohres 11 und damit von der Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungshälften abhängig.

Dies führt in Verbindung mit dem verlustarmen Überströmen der Kupplungsflüssigkeit in den Aktivrautn zu einer hohen Ansprechgeschwindigkeit und damit einem feinfühligen Regelverhalten, wie es insbesondere bei luftgekühlten Motoren erforderlich ist

Es ist möglich, getriebene und treibende Kupplungshälften zu vertauschen, also die Kupplungshälfte mit den Kupplungsflächen 2 und 3 anzutreiben und den Abtrieb über die Kupplungshälften mit der Scheibe 1 vorzunehmen. Naturgemäß müssen dabei die strömungsdynamisch wirksamen Teile — Stauscheibe 6a und Schöpfrohreingang 12 — in die entsprechende Differenzrichtung gesetzt werden.

Man kann die den Kreislauf fördernde Wirkung des Zentrifugalfeldes im Aktivraum noch dadurch verstärken, daß man spiralförmig nach außen verlaufende kleine Rillen 14 in die aktiven Kupplungsflächen 2 und 3 und/oder die Seitenflächen der Scheibe 1 einarbeitet. Auf diese Weise wird bei der durch den unvermeidlichen Schlupf in jedem Fall gegebenen Drehzahldifferenz eine Förderschneckenwirkung erzielt.

In Fällen, in denen die Ansprechschnelligkeit der Regelung nicht primäre Forderung ist, kann auch allein die Förderschneckenwirkung zum Transport der Flüssigkeit aus dem Aktivraum zum Regelpunkt hin benutzt werden. F i g. 3 zeigt beispielsweise eine Flüssigkeitsreibungskupplung, die von dieser Wirkung Gebrauch macht, d. h. bei der der Flüssigkeitsumlauf ausschließlich durch eine derartige Pumpwirkung erzwungen wird. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 trägt die treibende Kupplungshälfte 23 einen zylindrischen Kupplungsteil 15, der mit einer entsprechenden zylindrischen Kupplungsfläche 19 in der getriebenen Kupplungshälfte 24 zusammenwirkt. In der aktiven Kupplungsfiäche des zylindrischen Kupplungsteils 15 sind schraubenförmige Rillen 16 vorgesehen, über welche die Kupplungsflüssigkeit von der Eintrittsstelle am rechten Ende des Schöpfrohres 21 nach links gefördert wird. Am linken Ende der Kupplungsfläche 19 ist eine Ringnut 25 vorgesehen, in der eine Bohrung 17 mündet, die durch eine Trennwand 26 in einen Speicherraum 20 führt, aus welchem das an der treibenden Kupplungshälfte 23 befestigte Schöpfrohr 21 mit seiner der Differenzbewegung entgegengerichteten öffnung 22 die Kupplungsflüssigkeit entnimmt Mit der Bohrung 17 wirkt ein Ventilglied 18 zusammen. Wird die Bohrung 17 durch das Ventilglied 18 geschlossen, so füllt das Schöpfrohr 21 den Aktivraum auf — großes Drehmoment —, wird die Bohrung 17 voll geöffnet, so strömt mehr Kupplungsflüssigkeit aus als durch das Schöpfrohr nachgefördert wird, der Aktivraum entleert sich — Leerlauf.

Bei Zwischenstellungen des Ventilgliedes 18 wird jeweils nur ein, entsprechend der jeweiligen Teilfüllung des Aktivraumes entsprechendes Drehmoment übertra-

gen. Diese Ausbildung der Kupplung arbeitet grundsätzlich ebenso stabil wie die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform.

Für die Steuerung der Ventile 13 (Fig. 1) bzw. 18 (F i g. 3) sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, wobei in jedem Fall nur äußerst geringe Verstell-Leitungen aufzubringen sind (kleine Wege, kleine Kräfte). Beispielsweise kann die Steuerung erfolgen durch:

Betätigen durch mit der betreffenden Kupplungshälfte umlaufende Bi-Metall-Körper (Vorteil: keine Verbindung mit außerhalb der Kupplung liegenden Teilen);

Betätigen durch in der betreffenden Kupplungshälfte angebrachte Dehnstoff-Elemente;

Fernbetätigung durch die Bi-Metall-Körper beaufschlagende Strahler, welche elektrisch gesteuert und durch elektronische Rechner programmiert werden können.

Kupplungen gemäß der Erfindung sind feinfühlig, sie können so ausgelegt werden, daß sie auch bei kleinstem Schlupf ι eagieren. Sie sind damit weitgehend schlupfunabhängig. Sie sind darüber hinaus einfach im Aufbau robust im Betrieb und vielfältig anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Flüssigkeitsreibungskupplung mit in unveränderlichem Abstand angeordneten Scheiben als treibende und getriebene Kupplungshälften, wobei die getriebene Scheibe einen durch eine Trennwand von dem die treibende Scheibe enthaltenden Aktivraum abgeteilten ringförmigen Flüssigkeitsspeicherraum aufweist, dessen der treibenden Scheibe zugewandte to Wandung mit einem im Bereich des größten Durchmessers des Aktivraums angeordneten Durchlaß versehen ist, und mit einem mit der treibenden Scheibe verbundenen Schöpfrohr, dessen Enden sich jeweils zu beiden Seiten der Wand erstrecken, wobei ein Ende in Drehrichtung der treibenden Scheibe abgebogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) das Schöpfrohr (11) starr mit der treibenden Scheibe (1) verbunden und mit zwei in der effektiven radialen Erstreckung (l\, k) im wesentlichen gleich langen Schenkeln (11a, Wb) versehen ist, von denen der Auslaßschenkel (Wb) radial in der treibenden Scheibe (1) mündet,

   b) eine Steuerstelle (13, 18) im Rücklauf der Flüssigkeitsströmung aus dem Aktivraum (8) in den Speicherraum (5,20) angeordnet ist