DE2637694A1

DE2637694A1 - Fluessigkeitskupplung fuer den antrieb eines kuehlgeblaeserades einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2637694A1
Application number: DE19762637694
Authority: DE
Inventors: Everett George Blair
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5227959A; US4004668A; GB1519892A; DE2637694C2

Description

PATENTANWALT Anw.-Akte: Dipl.-Ing. Wolfgang K. Rauh

5100 AACHEN _{1 551}

Krefelder Straße 35 · Telefon 36452

PATENTANMELDUNG

Anmelder: y_anace Hurray CorpQration_} 299 Park Awenue Met» York, New York

Priorität: 25, August 1975, USA Set.No* 607 500

Bezeichnung: Flüssigkeitskupplung für dan Antrieb des Kühlgabläserades ainer Brennkraftmaschine

Dis Erfindung betrifft aina Flüssigkeitskupplung für den Antrieb d33 Kühlgeblaseradss einer Brennkraftmaschine*, bestöhsncl aus einem umlaufenden Kupplungsgehäuse und einer hierin coaxial angeordneten und gleichsinnig umlaufenden Antriebsscheibe, die an mindestens einsr Stirnseite eine Vielzahl vorstehende^ konzentrischer Ringrippan aufweist, dis in entsprechende, konzentrische» von vorstehanden Ringrippen des Kupplungsgehäuses gebildete RingkanMls singraifsn und einer zwischen den? Kupplungsgehäuse und der Antriebsscheibe als Drerasmentsnübsrtragungsmittel wirksamen Kupplungsflüssigkeit.

Ira Kühlsystem einer Brennkraftmaschine ist allgemein ain Gabiäsg vorgesehen, um Luft durch den Kühler 2U besagen und

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hierdurch das durch die Maschine geleitete Wasser zu kühlen· In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen variabel gekuppelte Gebläse in Erwägung gezogen. Oerartige Gebläse werden über eine hydraulische Kupplung angetrieben, die eine Kupplungsflüssigkeit, ZoB» eine Silikonflüssigkeit enthält. Durch eine Anzahl van Maßnahmen ist der Grad der Flüssigkeitskupplung s© gewählt, daß er van der Temperatur der Brennkraftmaschine abhängte Auf diese Weise erhält eine sehr heiße Haschine eine Höchstmenge an Kühlluft, während eine relativ kalte Maschine nicht so viel Kühlluft benötigte Hierdurch wird wiederum der Kraftverbrauch der Maschine während derjenigen Zeit, wc die Maschine noch relativ kalt ist, herabgeminderte Dies erfolgt bei bekannten Ausführungen durch die Verwendung eines Ventiles, mit den die Menge der Silikonflüssigkeit gesteuert wird, die zur Übertragung der Drehenergie bei einem bestimmten Leistungsverlust in der Maschine auf das Gebläse entspricht«

Typische Flüeeigkeitskupplungen dieser Art für Motorgebläse zeigen die USA-Patentschriften 3 272 188, 3 323 623, 3 419 und 3 809 197. Diese Patente offenbaren eine Antriebsscheibe mit einer Vielzahl konzentrischer Varsprünge oder Ringrippen auf der einen Stirnseite, die in entsprechende ringförmige Kanäle eines Teiles des angetriebenen Gehäuses

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eingreifen, an dem dee Geblase befestigt ist. Der Raum zwischen den zusammenwirkenden Ringrippen und Ringkanälen kann mit unterschiedlichen Mengen einer Silikonflüssigkeit als Kupplungsmittel gefüllt »erden? wobei die Menge von der Maschinentemperatur gesteuert wird. Die Zirkulation der Kupplungsflüssigkeit erfolgt bei vielen bestehenden Ausführungen von Kupplungsscheiben und Gehäusen allgemein durch die Zentrifugalkraft, die auf die Kupplungsflüseigkeit beiderseits der Antriebsscheibe einwirkt. Dabei besteht allerdings eine Neigung der Kupplungsflüssigkeit» radial nach außen zu fließen und am radial äußersten Teil des Gehäuses zu verbleiben. Dias erfolgt deshalb, «eil die auf die Flüssigkeit wirkenden Kräfte beiderseits der Antriebescheibe einander gleich sind» ο

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Ausführungen dahingehend zu verbessern, daß Maßnahmen getroffen werden, die bewirken, daß die Kupplungeflüssigkeit nicht an den radial äußeren Teilen der Antriebsscheibe haften bleibte

Die Erfindung wird darin gesehen, daß in mindestens einer der Ringrippen der Antriebsscheibe oder das Kupplungsgehäuses eine Pumpnut vorgesehen ist. Mit Hilfe derartiger Punpnuten soll eine größere Zirkulation der Kupplungsflüesigkeit la Arbeitsbereich,

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d.h. im Raum zwischen den Ringrippen und den entsprechenden Ringkanälen bewirkt werden.

Die Verwendung von Pumpnuten selbst ist nicht neu, wie den US-Patentschriften 3 002 595, 3 007 560, 2 706 547 und 2 710 680 entnommen werden kann. Allerdings ist die Verwendung bestimmter Pumpnuten, wie sie noch im einzelnen beschrieben werden, bei Kupplungen für Gebläse, wobei Ringrippen und Ringkanäle miteinander zusammenwirken, durchaus neu«

Durch Erhöhung der Zirkulation der Kupplungsflüssigkeit wird auch deren Lebensdauer verlängert· Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß eine erhöhte Zirkulation einen Hitzestau dar KupplungaflOssigkeit an solchen Teilen zwischen der Antriebsscheibe und dem Kupplungsgehäuse verhindert, wo sich die Kupplungsflüssigkeit sonst abzulagern pflegt.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines AuefUhrungsbeiepieles näher erläutert und zwar zeigens

Fig.1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Antriebsscheibe und das zugehörige Kupplungsgehäuse,

Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig.1,

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Fig.3 einen Schnitt nach des¹ Linie 3-3 in Fig.1, Figo4 eine perspektivische Explosiansansicht einander

zugeordneter Ringrippen und Ringkanäle der Antriebsscheibe und des Gehäuses und

Fig.5 bis 6 sehaiiatisehe Darstellungen des Strämungsverlaufes

Das in der Zeichnung dargestellte Kupplungsgehäuse 10 besitzt Wandungen 12, innerhalb derer eine hierzu relativ drehbare Antriebsscheibe 14 angeordnet ist, die gleichsinnig mit dem Kupplungsgehäuse umläuft. Am Kupplungsgehäuse 10 ist ein strichpunktiert dargestelltes Gebläserad für einen Kühlradiator befestigt» Die Antriebsscheibe 14 ist in geeigneter Weise mit der in das Kupplungsgehäuse 10 hineinragenden Antriebswelle einer Brennkraftmaschine gekuppelt, wie dies schematisch in der Zeichnung dargestellt ist«

Alternativ kann auch das Kupplungsgehäuse 10 mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine gekuppelt sein, tuabei dann die Antriebsscheibe 14 mit dem Gebläserad verbunden sein muß» Es ist lediglich erforderlich sicherzustellen» daß die Antriabeecheibe 14 und das Gehäuse 10 zueinander gleichsinnig aber relativ drehbar angeordnet sind«

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aye

Der dargestellte Schnitt in Fig.1 zeigt lediglich die obere Hälfte der Anordnung.

Oie Zeichnung zeigt eine Anzahl von am radial äußeren Teil der einen Stirnfläche der Antriebsscheibe 14 mit radialem Abstand angeordneten konzentrischen einstückigen verstehenden Ringrippen 16. Ferner ist eine Anzahl von entsprechenden ken» zentrischen Ringkanälen 18 in einem Teil der Wandung 12 des Kupplungsgehäuses 10 dargestellt· Die Bereiche zwischen den Ringkanälen 16 der Gehäusewend 12 bilden wiederum verstehende, konzentrische Ringrippen 20·

Wig Fig.1 zeigte besteht zwischen den Ringrippen 16 und den konzentrischen Ringkanälen 18 ein beträchtlicher Abstand« In einem Behälter 22 ist eine Kuppiungsflüssigkeit, z.B. eine Silikonflüssigkeit vorgesehen, die durch das in Fig.1 dargestellte temperaturgesteuerte Flatterventil radial auf beide Seiten der Antriebsscheibe 14 austreten kanne Oie übertragung dee Drehmomentes durch die Kupplungsflüssigkeit erfolgt hauptsächlich an der durch die Ringrippen 16 unterbrochenen, rechten Stirnseite der Antriebsscheibe 14. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Steuerung dieses Vorganges, wie sie in den oben genannten älteren Patentschriften im einzelnen wiedergegeben sind. Die Kupplungsflüssigkeit gelangt dabei durch einen Kanal 24 wieder in den Behälter 22 zyriick, wobei die im Kanal 24 befindliche Flüssigkeit durch eine übliche Verengung 26 getrieben wird. Die Strömungeverläufe an der Stirnseite der Antriebs-

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»7=

scheibe sind mit 27 und 29 bezeichnet.

Die Fig.2 und 3 der Zeichnung zeigen eine entlang einer Sekante verlaufende Nut 30 quer durch die axial ausgerichtete, lotrechte Oberfläche der Ringrippen 20, wobei sich diese Nut 30 allgemein radial von der radial äußersten Ringrippe 20 und durch die verbleibenden Ringrippen 20 erstrecktο Die radial innerste Stelle der sekantenförnigen Nut 30 wird durch die radial innerste Ringrippe 20 bestimmtο

Eine zweite, ebenfalls entlang einer,Seknate verlaufenden Nut 32 erstreckt sich lotrecht durch die Ringrippen 16. Wie Fig.2 zeigt, schneiden sich die Projektionen der Nuten 30 und 32 in einer Relativstellung, weil sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen geneigt angeordnet sind.

Die Tiefe der Nuten 30 und 32 in den jeweiligen Ringrippen 20 bzw. 16 kann Ober weite Grenzen hin verschieden sein_ö Sie können daher relativ flach ausgebildet sein oder die gesamte axiale Höhe der entsprechenden Ringrippen einnehmen·

Wie Fig.3 der Zeichnung zeigt, ist in der linken Stirnseite der Antriebsscheibe 14 eine mit ausgezogenen Linien dargestellte Nut 40 angeordnet, die wiederu» entlang einer Sekante verläuft. Di· rechte Stirnseite des linken Teiles des

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Kupplungsgehäuees 12 (Figd) kann ebenfalls rait einer ent» sprechenden sekantsnfSrmigen Nut 42 versehen sein* Die Konstruktion der Fig.3 ist bekannt und dient lediglich zur Vervollständigung des Beschreibung der Erfindunge

Die Pumpwirkung der sekantenfSrmigeri Nuten ist aie folgtt

Die Nuten 30,32,40,42 werden als "Pumpnuten" bezeichnet, »eil ihre relative Drehung zwischen dem Kupplungsgehäuse 12 und der Antriebsscheibe 14 eine Bewegung der Kupplungsflüssigkeit in allgemein radialer Richtung an der linken und rechten Stirnseite der Antriebsscheibe 14 bewirkte te sei daran erinnert, daß sowohl die Antriebsscheibe 14 als auch das Kupplungsgehäuse 12 in der gleichen Richtung, jedoch mit unterschiedlichen Dsehzahlen umlaufen« Das jeweils angetriebene .Clement wird niemals so rasch umlaufen, wie das treibende Clement. Die relativen Drehzahlen sind in Fig.2 mit gebogenen Pfeilen dargestellt. Die Nuten 30 und 32 unterstützen dabei die Strömung der Kupplungsflüssigkeit radial nach auQen. Die Nuten 40 und 42 dienen der gleichen Aufgabe«

Fig.4 zeigt eine teilweise perspektivische E»plosionedarstellung von einander benachbarten Ringrippen der Antriebsscheibe 14 und des Gehäuses 12. In zusammengesetztem Zustand sind diese beiden Segmente dicht aneinander angeordnete

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Strömungsverlauf der

Fig»5 zeigt schematisch den ungefähren
Kupplungsflüssigkeit bei einer Flüssigkeitskupplung gemäß Fig.1, jedoch bei eines Kupplung ohne Pumpnuten« Der größte Teil der Kupplungsflüssigkeit strömt dabei an der linken Stirnseite der Antriebsscheibe, doh. durch den Bereich 2? radial nach außen. Ein kleiner Teil ds? Kupplungsflüasigkeit fließt zwischen den miteinander zusammenwirkenden Ringrippen und Ringkanälen an der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe radial nach außen« Diese beiden Strömungen treffen sich dann am Umfang der Antriebascheibe 14 und werden dort von einer Verengung 26 in einen Kanal 24 gezwungen,, von wo sie in den Behälter 22 zurückfließen. Die relativen Größen dieser Strömungen links und rechts der Antriebsscheibe 14 eind durch die Länge der in Fig.5 dargestellten Vektoren gekennzeichnet. Die an der rechten Stirnseite der Antriebs« scheibe, wo sich die Ringrippen und Ringkanäle befinden, radial nach außen fließende, relativ geringe FlÜssigkeitamenge kann dort oft zu einer fast stagnierenden Kupplungsflüssigkeitszone führen. Derartige stagnierende Zonen bewirken eine unerwünschte Temperatursteigerung mit entsprechendem Abbau und damit verbundener kürzerer Lebensdauer der Kupplungaflüssigkeit·

Betrachtet man nun Fig*6 der Zeichnung, so zeigen die Vektoren Q₂₇ und Q₂₉ eine Strömungsgeschwindigkeit, die man mit dar Ausführung gemäß der Erfindung erzielen kann. Ea ergibt sich, daß

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die Wirkung der sekantenförmigen Nuten 30 und 32 die Strömungsgeschwindigkeit entlang der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit an der linken Stirnseite erhöht. Wie bereits erwähnt, ist der gesamte Strömungsfluß Q natürlich der gleiche und einfach gleich der Summe der beiden Strömungen entlang den beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe 14.

Die Wirkung der sekantenförmigen Nuten 30 und 32, die eine Erhöhung der Kupplungsflüesigkeitsströmung auf der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe hervorruft, verstärkt zugleich auch die Wärmeübertragung durch die Gehäusewandung 12 an die Umgebungsluft· Ändert man nur die Drehrichtung und nicht den Winkel der sekantenförmigen Nuten 30 und 32, so können der Vektor Q₂₇ vergrößert und der Vektor Q₂₉ weiter vermindert werdenc Dies ist in der Praxis zwar nicht erwünschr, zeigt aber, wie eich eine Änderung der Drehbewegung auf die Strömung auswirken kann« Werden die Drehbewegungen konstant gehalten und die Winkel der sekantenförmigen Nuten verändert, so ergibt sich die gleiche Wirkung auf die Strömungsgeschindigkeit, d.ho eine Vergrößerung des Vektors Q₂₇ *und eine Verminderung dee Vektors Q₂₉. So können die Strömungsgeschwindigkeiten beliebig vergrößert oder verringert werden, um einen optimalen Wärmeübergang von der Kupplungeflüseigkeit auf die Gehäueeteile 12 zu bewirken. Das Prinzip kann auch auf beliebige, miteinander zusammenwirkende Vorsprünge, bzw. Rippen und Vertiefungen bzw.

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Kanäle angewendet »erden. Somit können die eekantenffinnigen Nuten gemäß der Erfindung eowohl an einer Stirnseite ale auch an beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe vorgesehen sein.

Die Drehrichtung, Tief·, Winkel und Breite dieser Nuten kann beispieleweise entweder für eich oder in Kombination verändert werden» um ein bestimmtes erwünschtes Strömung*verhalten entlang den beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe 14 zu erzielen.

Wie Fig.2 zeigt, fluchten die Nuten 30 und 32 jeweils miteinander, dohc ihre entsprechenden Achsen liegen in der gleichen Sekante· Ein solches Fluchten dient zu Erleichterung der Heretellung, doch kann eine gewisse Pumpwirkung auch.dann erzielt »erden, wenn die Nuten in den Ringrippen 20, die die Nut 30 begrenzen, im Winkel zueinander vereetzt sind. Dee gleiche gilt natürlich auch für die einzelnen Nuten in den Ringrippen 16, die zusammen die Nut 32 begrenzen« Ee let ferner auch nicht notwendig, daß die Nuten 30 und 32, wie dargestellt, in entgegengesetzten Richtungen schräg zueinander verlaufen. Ee let lediglich erforderlich, daß ihre Neigungen unterschiedlich sind.

Die Pumpnuten können auch radial angeordnet sein, d.h. etatt entlang einer Sekante entlang eines Radius und auch dann eine Pumpwirkung haben, wenn ihre Enden mit ebgeschrägten Hohlscheu fei η für die Flüssigkeit versehen sind.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Flüssigkeitskupplung für den Antrieb dee KühlgeblSserades einer Brennkraftmaschine, bestehend aue einem umlaufenden Kupplungsgehäuse und einer hierin coaxial angeordneten und gleicheinnig umlaufenden Antriebsscheibe, die an mindestens einer Stirnseite eine Vielzahl vorstehender konzentrischer Ringrippen aufweist, die in entsprechende, konzentrische» von vorstehenden Ringrippen des Kupplungsgehäuse gebildete Ringkanüle eingreifen und einer zwischen den Kupplungsgehäuse und der. Antriebsscheibe . ele Orehmomentenübertragungemittel wirksamenKupplungsflüeeigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Ringrippen (16,20) der Antriebs· scheibe (14) oder dee Kupplungsgehäuse (10) eine Pumpnut (30,32) vorgesehen ist. ,
2. FlOssigkeitekupplung nach Anepruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrippen (16,20) eowohl der Antriebescheibe (14) als auch des Kupplungsgehäuse (10) mit einer Pumpnut (30,32) versehen eind.
3· Flüssigkeitskupplung nach Anepruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das jede Pumpnut (30,32) ge-

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neigt angeordnet ist und entlang einer Sekante verläuft·
4. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichne t, daß die Pumpnuten (30) ira Kupplungsgehäuse (10) gegenüber denjenigen (32) an der Antriebsscheibe (14) entgegengesetzt geneigt angeordnet sind·- . ·.-■"■;. ■ -
5ο Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 3,dedusch ge k ennzeich η e t, daß die Pumpnuten (32) durch die Ringrippen (16) der Antriebsscheibe (14) einerseits und die Pumpnuten (30) durch die Ringrippen (20) des Kupplungsgehäuse· (10) andererseits jeweils miteinander fluchten.
6. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 3, dadurch

g e k en η zeichnet» daß die Pumpnuten (30,32) des Kupplungsgehäuse« (10) mit demjenigen der Antriebsscheibe (14) einen Winkel einschließen.
7. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gek e η η ζ eich ne t, daß die Pumpnuten radial ausgerichtet sind und mindestens einer der beiden PumpnutensBtz· mit geneigten Hohlschaufel* ausgestattet ist.

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S. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis ψ, dadurch gekennzeichnet, daß Pumpnuten (30,32; 40,42) an beiden Seiten der Antriebsscheibe (14) an dieser soiuie am Kupplungsgehäuse (10) angeordnet sind.

Für Wallace Murray Corporation

Dipl.-Ing

PATENTA

g K. Rauh WALT

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