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Antriebsmechanismus Die Erfindung betrifft einen Antriebsmechanismus
mit einem antreibenden und einem angetriebenen Teil, zwischen denen eine Flüssigkeitskupplung
angeordnet ist.
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Bei Motorfahrzeugen wird oftmals gefordert, daß sich der Kühlerventilator
mit einer Geschwindigkeit dreht, die bis zu einer bestimmten Motordrehzahl im wesentlichen
gleichmäßig mit dieser Motordrehzahl anwächst.
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Oberhalb dieser Motordrehzahl sollte die Drehzahl des Kühlerventilators
im wesentlichen konstant bleiben.
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Um dies zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, zwischen einem
antreibenden Teil und einem angetriebenen Teil eine Flüssigkeitskupplung anzuordnen.
Die Scher-oder Schubwirkung dieser Plüssigkeitskupplung ermöglicht einen bestimmten
Schlupf zwischen den Teilen,
wenn die Motordrehzahl oberhalb der
vorgenannten Grenzdrehzahl liegt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Antriebsmechanismus
zu verbessern, insbesondere einen Antriebsmechanismus für einen Kühlerventilator
bei einem Motorfahrzeug.
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Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.
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Mit diesem Antriebsmechanismus ist es möglich, den komplizierten Aufbau
der bekannten Antriebsmechanismen wesentlich zu reduzieren, wodurch die Herstellkosten
wesentlich vermindert werden.
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Die in der Flüssigkeitskupplung enthaltene Flüssigkeit kann verlaufhemmende
Additive, wie beispielsweise Ruß, enthalten.
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Es hat sich gezeigt, daß der Zusatz von verlaufhemmenden Additiven
es ermöglicht, den ringförmigen Spalt zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen
Teil an seinem Ende offen zu lassen, wodurch komplizierte und teure Flüssigkeitsdichtungen
zwischen dem angetriebenen und dem antreibenden Teil vermieden werden.
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Eine der zylindrischen Oberflächen kann mindestens teilweise aus einem
porösen Material bestehen, welches mit der Scherungsflüssigkeit imprägniert ist.
Vorzugsweise
handelt es sich bei der Scherungsflüssigkeit um eine Silikonflüssigkeit.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte
Seitenansicht einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Teilansicht auf einen Teil
der Fig. 1; Fig. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer zweiten
Ausführungsform und Fig. 4 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform.
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Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, umfaßt der antreibende Teil
einen topfförmigen Teil 10 aus ungehärtetem Stahl und eine Wasserpumpenantriebswelle
II, an welche das Teil 10 angeflanscht ist, so daß das Teil 10 sich mit einer Geschwindigkeit
dreht, die sich in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl ändert. Die Maximaldrehzahl
des antreibenden Teils 10 liegt näherungsweise zwischen 5 000 und 7 000 Umdrehungen
pro Minute. Ein Ende der antreibenden Welle 11 erstreckt sich in eine Bohrung der
Bodenwandung 12 des Antriebsteiles 10. Das Antriebsteil 10 ist Über zwei Schrauben
13 mit der Antriebswelle 11 verbunden, wobei diese Schrauben 13 durch die Bodenwandung
12 hindurchgehen und in Gewindebohrungen am Flansch 14 der Antriebswelle 11 eingeschraubt
sind.
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Das Antriebsteil 10 wird umgeben von einem topfförmigen Teil 15 des
anzutreibenden Teils. Der Flansch 14 ist in einer Ausnehmung der Bodenwandung des
Teils 15 angeordnet.
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Das Teil 15 wird angetrieben durch eine Scherflüssigkeitskupplung
und zu diesem Zweck sind die inneren und äußeren Umfangsflächen des anzutreibenden
Teils 15 und des Antriebsteils 10 koaxial zueinander und im Abstand voneinander
angeordnet, so daß sich ein ringförmiger Spalt 16 für die Kupplungsflüssigkeit ergibt,
der zentrisch zur Drehachse angeordnet ist. Der ringförmige Spalt 16 hat eine radiale
Abmessung in der Größenordnung von 5 bis 10 Tausendstel Zoll. Bei der Kupplungsflüssigkeit
handelt es sich um eine Silikonflüssigkeit, der verlaufhemmende Additive zugesetzt
sind, wie beispielsweise tußteilchen.
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Bei der Silikonflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Fluorsilikonflüssigkeit
handeln, wie sie von der Dow Cornin;. International Limited unter der Bezeichnung
FS-1265 vertrieben wird. Bei dem Ruß kann es sich um solchen handeln, wie er von
der Cabot Carbon Limited unter der Bezeichnung Monarch 71 vertrieben wird. Bei der
Flüssigkeit kann es. sich auch um solche Silikonflüssigkeiten handeln, die von der
Dow Corning International Limited unter den Bezeichnungen 201 und 211 vertrieben
werden.
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An der ringförmigen äußeren Oberfläche des Antriebsteils 10 ist eine
ringförmige Nut 17 vorgesehen, welche als Reservoir für die Flüssigkeit dient.
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Das Antriebsteil 10 ist im angetriebenen Teil 15 durch einen Ring
18 aus Kohlestoffstahl gesichert, der am offenen Ende des anzutreibenden Teils 15
angeordnet ist. An diesem Ende des anzutreibenden Teils 15 sind auch die Ventilatorblätter
19 befestigt. Das Teil 15 schließt also ein
Ende der ringförmigen
Kammer 16 ab, während der Ring 18 das andere Ende dieser Kammer abschließt. Zwischen
dem Ring 18 und dem anzutreibenden Teil 15 ist eine nicht gezeigtc Flüssigkeitsdichtung
angeordnet.
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Die Charakteristika der Flüssigkeit in der Kammer 16 sind so gewählt,
daß, wenn beispielsweise die Antriebswelle eine Drehzahl von 3 000 Umdrehungen pro
Minute erreicht, die Scherwirkung in der Flüssigkeit auftritt, wodurch ein Schlupf
zwischen dem Antriebsteil 10 und dem angetriebenen Teil 15 ermöglicht wird. Wenn
die Antriebswelle mit einer Drehzahl unterhalb von 3 000 Umdrehungen pro Minute
dreht, ist die Drehzahl des angetriebenen Teils 15 etwa gleich der Drehzahl der
Antriebswelle 11 und damit proportional zur Motordrehzahl. Bei einer Antriebswellendrehzahl
über 3 000 Umdrehungen pro Minute verhindert die Scherwirkung der Flüssigkeit die
Übertragung eines zusätzlichen Drehmoments auf das anzutreibende Teil 15. Hierdurch
bleibt die Drehzahl des anzutreibenden Teils 15 im wesentlichen konstant und unabhängig
von der Drehzahl des Antriebsteiles 10.
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Zwischen den Bodenwandungen des Antriebsteils 10 und des anzutreibenden
Teils 15 ist ein Drucklagerring 20 angeordnet, welcher beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen,
Asbest oder kautschukgebundenem Kork besteht.
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An der äußeren Oberfläche des anzutreibenden Teils 15 sind axial verlaufende
Flügel 21 angeordnet, die zur Kühlung des Teils 15 und somit zur Kühlung der Flüssigkeit
in der Kammer 16 dienen. Die Kühlung der Flüssigkeit wird zusätzlich durch die im
wesentlichen offene Form des Antriebsteils 10 begttnstigt.
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Es hat sich gezeigt, daß durch den Zusatz der verlaufhemmenden Additive
zur Silikonflüssigkeit es möglich ist, für die Flüssigkeit eine Kammer mit offenen
Enden zu verwenden. Der Aufbau des Antriebsmechanismusses wird hierdurch wesentlich
vereinfacht, da es nicht notwendig ist, relativ komplizierte und teure Dichtungen
zwischen dem Antriebsteil 10 und dem angetriebenen Teil 15 zu verwenden.
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Durch die Verwendung eines im wesentlichen ringförmig verlaufenden
Spalts für die Flüssigkeit, der zentrisch zur Drehachse verläuft, dient die Flüssigkeit
in diesem Spalt gleichzeitig als Lager für das Antriebsteil 10, so daß ein Lager
für die Antriebswelle 11 nahe dem Antriebsteil 10, das normalerweise vorgesehen
ist, entfallen kann.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Antriebsteil 22 vorgesehen,
das aus einem topfförmigen Teil 23 und damit einer einstückigen axialen Muffe 24
besteht. Die Muffe 24 ist mit einem Ende der Wqasserpumpenantriebswelle 25 verbunden,
so daß das Antriebsteil 22 mit einer Drehzahl proportional der Motordrehzahl dreht.
Das Antriebsteil 22 wird umhüllt von einem Teil 26 aus Kohlenstoffstahl, welches
vom Antriebsteil 22 angetrieben wird und aus zwei Teilen 27 und 28 besteht. Diese
Teile 27 und 28 sind vorzugsweise Preßteile, die zusammengenietet sind. Sie haben
nach innen gerichtete ringförmige Flansche 29 und 30, die die entsprechenden Enden
des Antriebsteils 22 übergreifen. Die Ventilatorblätter 32 sind über ihre Ansätze
31 mit dem Teil 27 verbunden. Die Teile 22 und 26 haben ringförmige Umfangsflächen
33 und 34, die koaxial und im Abstand zueinander angeordnet sind, so daß sich ein
ringförmiger"
Spalt 35 ergibt, dessen radiale Breite in der Größenordnung
von 5 bis 10 Tausendstel Zoll liegt.
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Der Antriebsteil 22 besteht aus einem porösen Material und ist mit
Silikonflüssigkeit imprägniert, so daß sich eine Scherungsflüssigkeitskupplung zwischen
den Teilen 22 und 26 ergibt. Das Teil 22 besteht vorzugsweise aus gesintertem Metall,
wie beispielsweise aus gesintertem Eisen. Wenn der Antriebsteil 22 sich dreht, benetzt
die Flüssigkeit die Umfangsfläche 34 des anzutreibenden Teils 26, wodurch ein Drehmoment
übertragen wird, welches nicht mehr ansteigt, sobald die Scherwirkung der Flüssigkeit
eintritt.
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Drucklagerringe 36 und 37, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen
sind zwischen dem Antriebsteil 22 und den ringförmigen Flanschen 29 und 30 vorgesehen.
Die Dicke dieser Ringe 36 und 37 ist so gewählt, daß ein gewisses relatives Axialspiel
zwischen den Teilen 22 und 26 in der Größenordnung von 10 Tausendstel Zoll vorhanden
ist.
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Um die Peripherie des Teiles 29 herum sind im Abstand radial verlaufende
Flügel zur Kühlung der Teile und damit zur Kühlung der Silikonflüssigkeit angeordnet.
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Um einen möglichen Flüssigkeitsaustritt aus dem ringförmigen Spalt
35 zu vermeiden bzw. um diesen Flüssigkeitsverlust auf ein Minimum herabzudrücken,
ist die Umfangsfläche 33 des Antriebsteils 22 mit einem Fett beschichtet, das aus
einer Silikonflüssigkeit besteht, welche mit einem verlaufhemmenden Additiv, wie
beispielsweise Ruß, vermischt ist. Diese Beschichtung wird aufgebracht, nachdem
das Teil 22 mit Silikonflüssigkeit imprägniert wurde und bevor das Teil 22 in das
Antriebsteil 26 eingebaut wird.
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Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die gesamte Umfangsfläche
33 aus porösem Material. Es ist selbstverständlich, daß auch nur ein Teil dieser
Fläche 33 aus einem porösen Material besteht. Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform
ein Teil oder die gesamte Umfangsfläche 34 aus einem porösen Material bestehen.
Dieses poröse Material ist dann ebenfalls mit dieser Flüssigkeit imprägniert bzw.
durchdrungen.
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Die Flüssigkeitskupplung nach Fig. 4 besteht aus einem Antriebsteil
39, das auf einem Ende der Wasserpumpenantriebswelle 40 befestigt ist. Der Antriebsteil
39 weist beidseits und innen ringförmige Nuten 41 auf, wodurch sich ein Hals 42
ergibt, der mit Durchgängen zwischen den ringförmigen Nuten 41 versehen ist. Das
Antriebsteil 39 ist in einem anzutreibenden Teil 44 angeordnet.
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Das anzutreibende Teil 44 besteht aus einem ringförmigen Teil 45 und
einem Flanschringteil 46. Das ringförmige Teil 45 ist mit einem nach außen gerichteten
Flansch 47 versehen, der mit dem Ring 46 vernietet ist. Der ringförmige Flansch
47 trägt die Ventilatorblätter 48.
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Das Ringteil 46 übergreift ein Ende des Antriebsteils 39 und trägt
nahe seiner Innenkante einen ringförmigen Teil 49, welcher sich in die benachbarte
Nut 41 erstreckt. In entsprechender Weise weist das ringförmige Teil 45 einen nach
innen gerichteten Flansch 50 auf, der das andere Ende des Antriebsteils 39 übergreift
und dessen Innenkante nach innen gebogen ist und sich in die andere ringförmige
Nut 41 erstreckt.
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Der Antriebsteil 39 und das ringförmige Teil 45 haben ringförmige
Umfangsflächen, welche im Abstand und koaxial zueinander angeordnet sind und zwischen
denen sich ein ringförmiger Spalt 51 befindet, dessen Radialabmessung in der Größenordnung
von 5 bis 10 Tausenstel Zoll liegt.
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Das Antriebsteil 39 und die das anzutreibende Teil 44 bildenden Teile
bestehen aus weichem Stahl, wobei das Antriebsteil 39 porös ist und mit einer Silikonflüssigkeit
getränkt ist, so daß sich eine Scherflüssigkeitskupplung zwischen den Teilen 39
und 44 im ringförmigen Spalt 51 bildet. Stirnlagerringe 52 und 53, beispielsweise
aus kautschukgebundenem Kork, Asbest, oder mit kautschukversetztem Kork sind zwischen
dem Antriebsteil 39 und dem Ringteil 46 bzw. dem nach innen gerichteten Flansch
50 angeordnet. Diese Lagerringe sind mit dem Ringteil 46 und dem Flansch verklebt.
Zwischen jedem Ring 52 und 53 und dem Antriebsteil 39 ist ein Spalt von beispielsweise
5 Tausendstel Zoll vorhanden, so daß in dieser Größenordnung eine relative Axialverschiebung
zwischen den Teilen 39 und 44 stattfinden kann, Diejenigen Teile des ringförmigen
Teils 49 und des Flansches 50, welche sich in die Nuten 41 erstrecken, dienen zum
Sammeln von Flüssigkeit, welche aus den Spalten zwischen dem Antriebsteil 39 und
den Lagerringen 52 und 53 ausgetreten ist.
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Zwischen dem Ringteil 46 und dem nach außen gerichteten lansch 47
ist eine Flüssigkeitsdichtung 54 vorgesehen.
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Um einen Flüssigkeitsaustritt aus dem ringförmigen Spalt 51 auf ein
Minimum zu reduzieren, ist die Umfangsoberfläche des Antriebsteils 39 ebenfalls
mit einer Mischung aus Silikonflüssigkeit
und einem verlaufhemmenden
Additiv wie vorstehend beschrieben nach dem Tränken mit Silikonflüssigkeit eingefettet.
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Ansprüche