DE2440202A1 - Luefterkupplung - Google Patents

Description

• Lfterkupplung Die Erfindung betrifft eine Lfterkupplung zum Antrieb eines KUhler-Ventilators an einer flUssiglKeitsgekUhlten Brennkraftmaschine, bestehend aus einer angetriebenen, scheibenfrmigen Nabe, einem die Nabe direkt umgebenden Gehause sowie einer FB1-lung mit Viskoseflüssigkeit.
• Eine solche Lüfterkupplung ist z. B. aus der DOS 1 575 972 bekannt. Da bekanntlich die für solche Kupplungen in Frage kommenden Flssigkeiten ein im Prinzip ungünstiges ViskositRtsverhalten zeigen, d. h., die reine Flüssigkeitsreibung nimmt mit zunehmender Erwärmung ab, ist es nötig, durch entsprechende Einrichtungen diesem Verhalten entgegenzuwirken, um gerade auch bei hohen Temperaturen ein genügend großes Drehmoment auf den Ventilator uebertragen zu können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei Lüfterkupplungen der obengenannten Bauart trotz einfachen Aufbaues eine sichere Drehmomentübertragung auf den Ventilator, zumindest in einem bestimmten Drehzahlbereich, zu erzielen, bei gleichzeitiger Begrenzung des Übertragungsmomentes und somit auch der Drehzahl und der Geräuschentwicklung des Ventilators.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die GehRuse-Seitenwände und die Nabe unter axialer Vorspannung stehen und die relativ zueinander verdrehbaren Flächen von Gehäuse und Nabe abwechselnd eben bzw. mit radial verlaufenden, schmierkeilbildenden Unterbrechungen versehen sind und zur Drehmomentbertraung ein erster, der Haftreibung unterliegender Bereich und ein zweiter, der FlUssigkeitsreibung unterliegender Bereich, vorgesehen ist. Damit ist sichergestellt, daß unterhalb einer bestimmten Drehzahl in jedem Fall unabhängig von der temperaturabhängigen änderung der Viskosität der Flüssigkeit der Ventilator durch Haftreibung angetrieben wird und lediglich oberhalb dieser Drehzahl durch Ausbildung eines Schmierkeiles zwischen den relativ zueinander verdrehbaren Teilen der Lüfterkupplung eine KraftUbertragung lediglich durch Flflssigkeitsreibung erfolgt.
• Damit ändert sich oberhalb dieser Drehzahl mit steigender Motordrehzahl der Schlupf und die Drehzahl des Ventilators bleibt in bestimmten Grenzen konstant, wodurch das LUftergerMusch und auch die Momentaufnahme automatisch begrenzt werden.
• Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß vorzugsweise die Nabe mit Unterbrechungen versehen ist. Es ist zwar vom Prinzip her unwichtig, welche der einander gegenüberstehenden Flachen eben ist und welche Unterbrechungen aufweist, jedoch ist die Herstellungsmöglichkeit dieser Unterbrechungen an der Nabe günstiger.
• Weiterhin ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn die Nabe in ihrem scheibenförmigen Bereich eine durchgehende Nut aufweist, welohe die Nabe in zwei etwa gleiche NabenhSlften unterteilt. Damit kann in besonders einfacher Weise die axiale arerspannung zwischen dem Gehäuse und dem scheibenfrmigen Bereich der Nabe hergestellt werden, wobei die Nabenhälften in axialer Richtung elastisch vorgespannt sind.
• In manchen Fällen kann es besonders vorteilhaft sein,daPb in der Nut Mittel zur Erzeugung der axialen Vorspannung angeordnet sind.
• Damit ist in grOBerem Umfang die M5glichkeit gegeben, d4e Vorspannung entsprechend dem vorliegenden Einbaufall anzupassen.
• Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Nut temperaturabhängige und/oder fliehkraftabhngige Mittel zur Veränderung der axialen Vorspannung angeordnet sind. Mit temperaturabhRngigen Mitteln zur Veränderung der axialen Vorspannung, beispielsweise in Form einer Bimetallfeder, kann auf einfache Weise diejenige Drehzahl, bei welcher der.Bereich der Haftreibung endet und der Bereich der Flüssigkeitsreibung beginnt, variiert und den entsprechenden Verhältnissen angepaßt werden. Dabei kann dem an sich unerwünschten Viskositätsverhalten entgegengewirkt werden und bei h8heren Temperaturen diesedie beiden Bereiche trennende Drehzahl nach oben verschoben werden.
• Desgleichen sind beispielsweise an dieser Stelle auch fliehkraftabhängige Mittel zur Veränderung der axialen Vorspannung verwendbar. Es könnte hierbei an federbelastete Fliehgewichte gedacht werden, welche bei niederer Drehzahl die axiale Vorspannung erhöhen und bei höherer Drehzahl durch Ausschwenken den Einfluß auf die axiale Vorspannung verlieren.
• Ein anderes Merkmal der Erfindung schlägt vor, daß die Nabe zumindest in ihrem scheibenförmigen Bereich einen gegenüber dem Gehäuse größeren Ausdehnungskoeffizienten hat. Auf diese Weder wird ebenfalls erreicht, daß mit zunehmender Temperatur der Bereich der Flüssigkeitsreibung in höhere Drehzahlen verlegt wird.
• Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, daß die Nabe in ihrem scheibenförmigen Bereich nach außen dichte Hohlräume aufweist, in welchen Mittel zur temperaturabhängigen Veränderung der axialen Vorspannung angeordnet sind. Es ist hierbei beispielsweise an entsprechende Dehnstoffe gedacht, sowie an niedrig siedende Flüssigkeiten zur Veränderung der axialen Vorspannung in Abhängigkeit von der Temperatur.
• Gemäß der Erfindung weisen die schmierkeilbildenden Unterbrechungen abwechselnd einen gehäusenahen Bereich und einen gehRusefernen Bereich auf. Diese gehäusenahen Bereiche verlaufen planparallel zum Gehäuse, während die gehäusefernen Bereiche, ausgehend von den gehäusenahen Bereichen, sich etwa in einem Winkel von 20 anschließen. Flächen mit dieser Neigung sind besonders gut geeignet zum Aufbau eines Schmierfilms. Es dürfte in diesem Zusammenhang selbstverständlich sein, daß bei einer solchen etwa sägezahnförmigen Ausführung der flabe die Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden drehbeweglichen Teilen beachtet werden muß. Die Relativbewegung muß derart sein, daß sich in dem enger werdenden Spalt ein Schmlerkell aufbauen kann.
• Eine Ausführung, bei welcher die Richtung der Relativbewegung nicht beachtet werden muß, sieht vor, daß die gehäusenahen und die gehäusefernen Bereiche etwa sinusförmig ausgeführt sind.
• Eine solche Form ist sehr leicht herzustellen, auch ein tragfähiger Schmierfilm kann leicht aufgebaut werden und die Funktion ist in beiden relativen Drehrichtungen vorhanden.
• Zur Anpassung an verschiedene Einbaufälle, d. h., beisnielsweise verschiedene Leistungsklassen und erzielbare Höchstdrehzahlen, ist es vorteilhaft, wenn die gehäusenahen Bereiche d. h., die Wellenberge, mit Einschnitten versehen sind. Solche Einschnitte verschieben den Drehzahlbereich, in welchem sich die Flüssigkeitsreibung einstellt, nach oben. Dabei verlaufen diese Einschnitte vorzugsweise tangential, wobei andere Formen für besondere Zwecke durchaus sinnvoll sein können (z. B. spiralförmig nach radial innen verlaufende Einschnitte, welche eine gewisse Förderwirkung auf die Viskoseflüssigkeit ausüben).
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren beispielsweise dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: Fig. 1 den Teillängsschnitt durch die Lüfterkupplungmit Nabe, Gehäuse und Ventilator; Fig. 2 die Ansicht einer Nabe mit Wellfeder zur Erzeugung der axialen Vorspannung; Fig. 3 einen Schnitt durch eine Nabe mit nach außen abgedichteten Hohlräumen; Fig. 4 eine besonders einfache Nabe in Wellenform- im Längsschnitt; Fig. 5 die Ansicht der TXIabe gemaß Fig. 4 von außen: Fig. 6 die Ansicht einer Nabe mit sinusförmiger Kontur, bei welcher Jeweils die Wellenberge und die Wellentäler einander gegenüberstehen; Fig. 7 die Ansicht der Nabe gemaß Fig. 6 in Achsrichtung Fig. 8 den Schnitt einer Nabe mit einer Außenkontur entsprechend Fig. 6, jedoch mit nach außen abgedichteten Hohlräumen.
• Der TeillSngssohnitt gemäß Fig. 1 zeigt eine Nabe 1 mit einem scneibenförmigen Bereich 6. Dieser scheibenförmige Bereich 6 weist etwa in seiner Mitte, bezogen auf seine Axialerstreckung, eine Nut 5 auf. Die Nabe 1 ist von einem zweiteiligen Gehause 2 umgeben, welches radial innen gegenüber der Nabe 1 durch Dichtringe 4 gelagert und abgedichtet ist. Radial außen tragt das Gehause 2 den Ventilator 3.
• Fig. 2 zeigt die Ansicht des scheibenförmigen Bereiches 6 einer Nabe 1 von radial außen. Der scheibenförmige Bereich 6 weist schmierkeilbildende Unterbrechungen auf in Form von Schrägen 7 und Rastflächen 8, wobei die Rastflächen 8 planparallel zu den Wänden des Gehäuses 2 verlaufen. Die Schrägen 7 schließen an die Rast flächen 8 an und laufen in Richtung des Pfeiles D mit einem Winkel von etwa 20 auf das Innere des scheibenförmigen Bereiches 6 zu. In der Nut 5 ist eine Wellfeder 9 angeordnet.
• Fig. 3 zeigt den Schnitt durch den scheibenförmigen Bereich 6 einer Nabe, welche die gleiche Außenkontur aufweist wie die Nabe gemäß Fig. 2, welche jedoch nach außen abgedichtete Hohlräume 10 aufweist.
• Fig. 4 zeigt den Schnitt und Fig. 5 die Ansicht von außen einer Nabe 1 mit einem wellenförmig ausgebildeten scheibenförmigen Bereich 6.
• Fig. 6 zeigt die Ansicht einer Nabe von außen, bei welcher der scheibenförmige Bereich 6 mit sich gegenüberliegenden WellentR-lern 13 und Wellenbergen 11 ausgeführt ist. Etwa in der Mitte befindet sich eine umlaufende Nut 5. Die Wellenberge 11 sind zu beiden Seiten des scheibenförmigen Bereiches 6 mit Einschnitten 12 versehen5 welche parallel zu den Wänden des Gehäuses verlaufen.
• Gemäß Fig. 7 sind Jeweils mehrere Einschnitte 12 mit verschiedenen Durchmessern in die Wellenberge 11 eingearbeitet.
• Fig. 8 zeigt den Schnitt durch einen scheibenförmigen Bereich 6 mit der Außenkontur gemäß Fig. 6, jedoch mit nach außen abgedichteten hohlräumen 10.
• Die Wirkungsweise der t£üfterkupplung gemäß den Figuren 1 - 8 ist folgende: Der Prinzipaufbau der Lüfterkupplung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Der Antrieb erfolgt huber die nicht dargestellte Brennkraftmaschine auf die Nabe 1. Der Ventilator 3 ist silber das zweigeteilte Gehäuse 2 sowie die beiden Dichtringe 4 auf der Nabe 1 drehbar gelagert. Das Gehäuse 2 ist gegenüber dem scheibenförmigen Bereich 6 der Nabe 1 axial vorgespannt. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich, dadurch die Dichtringe 4 abgedichtet, eine Viskoseflüssigkeit, wie z. B. Silikonöl. Bei niedriger Drehzahl der Nabe 1 wird der Ventilator 3 durch die Haftreibung zwischen dem scheibenförmigen Bereich 6 und dem Gehäuse 2 ohne Schlupf übertragen. Somit ist sichergestellt, daß bei niedrigen Drehzahlen und vor allem im Leerlauf ein ausreichender Kühlluftstrom durch den Kühler des Fahrzeuges geschickt wird. Mit zunehmender Drehzahl erhöht sich die vom Ventilator 3 aufgenommene Leistung und ab einer bestimmten Drehzahl, insbesondere abhängig von der axialen Verspannung zwischen Gehäuse 2 und scheibenförmigem Bereich 6 sowie der Leistungsaufnahme des Ventilators 3, setzt Schlupf zwischen der Nabe 1 und dem gehäuse 2 mit dem Ventilator 3 ein Durch die relative Verdrehung zwischen diesen beiden Teilen weicht die Haftreibung einer Schwimmreibung, d.h. zwischen dem Gehause 2 und dem scheibenförmigen Bereich 6 der Nabe 1 bildet sich ein Schmierfilm aus. Da die Schwímmreibung sehr viel kleiner ist als die Haftreibung, wird nun ein geringeres Moment von der Nabe 1 auf den Ventilator 3 übertragen, wobei dieses rtoment abhängig ist von der FlUssigkeitsreibung der verwendeten Füllung, deren Viskosität sowie von der zur Verfügung stehenden Fläche. Die Nut 5 im scheibenförmigen Bereich 6 kann hierbei sowohl als Vorratsraum für die Flüssigkeit als auch, wie in Fig. 2 dargestellt, zur Aufnahme der Wellfeder 9 dienen, welche die axiale Vorspannung zwischen dem Gehäuse 2 und dem scheibenförmigen Bereich 6 bewirkt. Aus Fig. 2 und 3 geht weiterhin die Gestaltung des scheibenförmigen Bereiches 6 hervor. Die schmierkeilbildenden Unterbrechungen werden hier von sich etwa radial erstreckenden Rast flächen 8 gebildet, welche jeweils in eine Schräge 7 übergehen. Bei einer solchen Ausgestaltung ist auf die Drehrichtung zu achten, da nämlich eine Schmierkeilbildung nur in der Antriebsrichtung der Nabe gemäß dem Pfeil D erfolgt. Der scheibenförmige Bereich 6 gemäß Fig. 7 weist nach außen dicht ausgeführte Hohlraume 10 auf, welche beispielsweise einen temperaturabhängig arbeitenden Dehnstoff enthalten können. Die Wirkungsweise eines solchen Dehnstoffes ist in der Hauptsache darauf abgestellt, bei höherer Umgebungstemperatur, welche durch eine höhere Temperatur der Kühlflüssigkeit erzeugt wird, die axiale Anpreßkraft ru vergrößern. Damit kann je nach Art des verwendeten Dehnstoffes und nach Größe der Hohlraume 10 der Einfluß der ViskositSts#nderung durch höhere Temperaturen ausgeglichen oder noch übertroffen werden. Eine ähnliche Wirkung kann auch erzielt werden, W?nn gemäß Fig. 2 die Wellfeder 9 als Bimetallelement ausgeführt wird.
• Eine etwas einfacher ausgeführte Nabe ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Hierbei besteht der scheibenförmige Bereich 6 aus einem wellenförmig ausgebildeten Scheibenteil. Dabei liegen jeweils die Wellenberge zu beiden Seiten am Gehäuse 2 an.
• Auch hier ist eine Schmierkeilbildung bei Relativbewegung vorhanden, die Drehrichtung ist Jedoch unwesentlich. Eine temperaturabhngi£re Steuerung ist hierbei nicht vorgesehen.
• Eine abgewandelte Ausführung ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Insbesondere aus Figur 6 und 7 geht eine ?abe hervor, bei welcher der scheibenfrmige Bereich 6 mit etwa radial verlaufenden Wellenbergen ii und Wëllentälern 13 ausgestattet ist, welche sich Jeweils gegenüberstehen. Dabei sind in die Wellenberge 11 Einschnitte 12 eingearbeitet, welche etwa tangential verlaufen. Diese Einschnitte 12 dienen In der Hauptsache der Abstimmung der Lüfterkunplung auf verschtedeneFahrzeuge und verschiedene r iisat rqögiichkeiten. Zudem gewährleisten sie einen sehr eng begrenzten Kuppelbereich. Auch bei dieser Ausführung ist es möglich, in der Nut 5 beispielsweise temperaturabhängig wirkende Elemente anzuordnen. Dies ist von vornherein in einer Ausführung gemäß Fig. 8 vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine Mabe mit der Außenkontur eben Fig. 6, Jedoch sind nach außen abgedichtete Hohlräume 10 vorhanden, welche mit temperaturabhängig wirkenden Mitteln gefüllt werden können.
• Es ist bei den oben beschriebenen Lüfterkupplungen generell möglich, den scheibenförmigen Bereich der Nabe aus einem Material herzustellen, welches einen wesentlich höheren Ausdehnungskoeffizienteri aufweist als das Gehäuse. Dies würde sich insbesondere bei der Ausführung gemäß den Figuren 4 und 5 anbieten, um die axiale Vorspannung abhängig von der Temperatur zu verändern.
• Eine andere Möglichkeit wäre die, in der Nut im scheibenförmigen Bereich der Nabe Fliehgewichte anzuordnen, welche in AbhRngigkeit von der Drehzahl die axiale Vorspannung beeinflussen.

Claims (10)

Patent ansprüche

1. Lürterkupplung zum Antrieb eines Kühler-Ventilators an einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, - bestehend aus einer angetriebenen, scheibenförmigen Nabe, einem die Nabe dicht umgebenden Gehäuse sowie einer Füllung mit Viskoseflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die GehRuse-Seitenwände (2) und die Nabe (1) unter axialer Vorspannung stehen und die relativ zueinander verdrehbaren Flächen von Gehäuse und Nabe abwechselnd eben bzw. mit radial verlaufenden, schmierkeilbildenden Unterbrechungen (7, 8; 11, 17) versehen sind und zur DFehmomentbertragungein erster, der Haftreibung unterliegender Bereich, und ein zweiter, der Flüssigkeitsreibung unterliegender Bereich vorgesehen ist.

2. Lüfterkupplungnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Nabe (1) mit Unterbrechungen versehen ist.

3. Lüfterkupplungnach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe in ihrem scheibenförmigen Bereich (6) eine durchgehende Nut (5) aufweist, welche die Nabe in zwei etwa gleiche Nabenhälften unterteilt.

4. Lüfterkupplungnach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nut (5) Mittel zur Erzeugung der axialen Vorspannung angeordnet sind.

5. Lüfterkupplungnach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nut (5) temperaturabhängige und/oder fliehkraftabhängige Mittel zur Veränderung der axialen Vorspannung angeordnet sind.

6. Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) zumindest in ihrem scheibenförmigen Bereich (6) einen gegenüber dem Gehäuse (2) größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

7. Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) in ihrem scheibenförmigen Bereich (6) mindestens einen nach außen dichten Hohlraum (10) aufweist, in welchem Mittel zur temperaturabhängigen Veränderung der axialen Vorspannung angeordnet sind.

8. Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schmierkeilbildenden Unterbrechungen (7, 8; 11, 13) abwechselnd einen gehäusenahen Bereich (8, 11) und einen gehäusefernen Bereich (7, 13) aufweisen.

9. Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daF die gehäusenahen Bereiche (8) planparallel zum Gehäuse (2) ausgeführt sind und die gehäusefernen Bereiche (7) unter einem Winkel von etwa 20 an erstere anschließen.

10. Lüfterkupplungnach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bereiche (11, 13) etwa sinusförmig ausgeführt sind.

11* Lüfterkupplung nach den Ansprechen 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusenahen Bereiche (8, 11) mit Einschnitten (12) versehen sind.

12, LUfterkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (12) etwa tangential verlaufen.

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