DE2750289A1

DE2750289A1 - Hydraulische kupplung

Info

Publication number: DE2750289A1
Application number: DE19772750289
Authority: DE
Inventors: Henry Joseph Spence
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1978-05-18
Also published as: GB1546997A; CA1066151A; JPS5362060A; SE7711456L; ES464158A1; FR2370895B1; FR2370895A1; US4086988A; SE432125B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische bzw. Flüssigkeits- oder Strömungskupplung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art. Diese Kupplung dient für einen temperaturgesteuerten Gebläseantrieb insbesondere im Zusammenhang mit dem Kühlsystem einer Innenverbrennungsmaschine.

Solche Gebläseantriebe sind bekannt, und ein Beispiel einer diesbezüglichen Vorrichtung ist in dem US-Patent 3 568 647 dargestellt. Ein anderes Beispiel findet sich in einer Veröffentlichung mit dem Titel 'COMPARISON OF MODULATED VISCOUS v. ON-OFF FAN CLUTCHES' von Everett G. Blair, Society of Automotive Engineers Publication 74ο 596, August 12-16, 1974, worauf hiermit Bezug genommen wird. In einer Innenverbrennungsmaschine vom wassergekühlten Typ wird eine Kühlflüssigkeit durch Kanäle in dem Motorblock geleitet. Diese Kanäle bzw. Durchgänge bilden einen Teil eines hydraulischen bzw. Strömungskreises, der eine Pumpe und einen Wärmeaustauscher enthält, wobei der letztere allgemein als Kühler bezeichnet wird. Im Betrieb drückt die Pumpe die Kühlflüssigkeit durch die Kanäle in dem Motorblock, um diesen zu kühlen, wobei von dem Motor Wärme auf die Kühlmittelflüssigkeit übertragen wird. Die nunmehr erhitzte Kühlmittelflüssigkeit gelangt zu dem Kühler, der von gebläsegetriebener Luft durchströmt wird, um den Wärmeaustauschvorgang zu bewirken und hierdurch die Temperatur der Kühlmittelflüssigkeit abzusenken. Die nunmehr gekühlte Flüssigkeit gelangt in die Kanäle des Motorblocks, um den Wärmeaustauschzyklus zu beenden. Im Fall eines temperaturgesteuerten Gebläseantriebs sorgt eine Scher- bzw. Schubflüssigkeitskupplung für eine Drehverbindung zwischen dem Gebläse und dem Motor. Beim Drehen des Motors erfolgt eine Drehung des Gebläses, wodurch die Kraft erzeugt wird, um die Luft für die oben erwähnte Wärmeaustausch- oder Kühlfunktion durch den Kühler zu treiben. Bei einem temperaturgesteuerten Betrieb wird der Kupplungsgrad zwischen dem Motor und dem Drehgebläse entsprechend den Temperaturerfordernissen des Motors bzw. der Maschine verändert. Wenn ein Automobil oder anderes Fahrzeug ziemlich schnell fährt, wird

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Umgebungsluft auf natürlichem Wege durch den Kühler gedrückt, und dementsprechend wird der vom Gebläse erforderliche Luftstrom spürbar vermindert. Wenn andererseits das Fahrzeug ziemlich langsam fährt oder vollständig stillsteht, ist der erforderliche Gebläseluftstrom größer, was insbesondere bei relativ großen Umgebungslufttemperaturen gilt. Indem somit der von dem Gebläse zugeführte Luftstrom den Kühlerfordernissen des Motors angepaßt wird, ergibt sich hierdurch ein wirkungsvollerer Betrieb.

Bei einer typischen temperaturgesteuerten Strömungskupplung zwischen dem Triebwerk und dem Kühlgebläse des Kühlerkühlsystems ist eine Antriebsscheibe an den Motor angekoppelt. Die Antriebsscheibe sitzt in einem Antriebshohlraum bzw. einer Antriebskammer eines Gehäuses, welches die Geräteschaufeln bzw. -flügel trägt. Ein als Reservoir bezeichneter separater Hohlraum in der Kupplung steht über ein temperaturgesteuertes Ventil mit der Antriebskammer in Strömungsverbindung. Das Kupplungsgehäuse enthält einen an die Peripherie des Antriebsrotors angrenzenden Sperrkörper (dam), und ein Durchgang bzw. Kanal erstreckt sich aus einem an den Sperrkörper angrenzenden Bereich radial einwärts zu dem Reservoir. Dieses ist in der Kupplung mehr oder weniger zentral angeordnet. Der Aufbau und die Lage des Sperrkörpers sind dergestalt, daß bei einer relativen Drehung zwischen dem Antriebsrotor und dem Gehäuse die Scher- bzw. Schubflüssigkeit ständig auf den Sperrkörper auftrifft. Die Flüssigkeit gelangt dann durch den Durchgang bzw. Kanal zurück zum Reservoir. Wenn relativ große Kühlungserfordernisse vorliegen, ist es erwünscht, daß eine maximale Menge der Scherflüssigkeit in der Antriebskammer vorhanden ist. Dementsprechend ist die temperaturgesteuerte Flüssigkeitsverbindung (ein Ventil) zwischen dem Reservoir und der Antriebskammer vollständig offen. Während die Flüssigkeit durch die Wirkung des Sperrkörpers laufend von der Antriebskammer abgezogen wird, gelangt sie somit ständig wieder von dem Reservoir durch die nunmehr vollständig geöffnete Strömungsverbindung zurück zur Antriebskammer. Wenn jedoch minimale Kühlungserfordernisse des Motors vorliegen, wird die Scherflüssigkeit laufend von der Antriebskammer durch den Sperrkörper in das Reservoir abgezogen, wobei die Fluidströmungs-

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verbindung zwischen dem Reservoir und der Antriebskammer nunmehr geschlossen oder teilweise geschlossen ist. Somit steht nur eine kleinere Scherflüssigkeitsmenge zur Verfügung, und die Gebläsedrehzahl wird reduziert, was zu einer entsprechenden Verminderung einer störenden Leistungsabzweigung von dem Motor führt.

Bei typischen bekannten Konstruktionen hydraulischer Gebläsekupplungen dieser Art ist der Sperrkörper in einem Teil des Gehäuses oder der Gehäuseabdeckung für die Kupplung gegossen oder in anderer Weise geformt. In ähnlicher Weise ist der sich radial erstreckende Kanal bzw. Durchgang zwischen dem Sperrkörper und der Reservoirkammer in der Kupplung entweder gegossen oder gebohrt. Somit wird die Lagerelation zwischen dem Sperrkörper und dem sich radial erstreckenden Kanal zum Zeitpunkt der Herstellung der Kupplung fixiert. Der äußerste Teil des sich radial erstreckenden Flüssigkeitskanals, als Ablaßloch bezeichnet, ist somit relativ zur Flüssigkeitsanlagefläche des Sperrkörpers fixiert. Dementsprechend ist eine relative Drehung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse nur für eine Drehrichtung möglich. Wenn die andere relative Drehrichtung erwünscht ist, ist es erforderlich, das Ablaßloch an eine andere, abweichende Flüssigkeitsanlagefläche des Sperrkörpers angrenzend zu gießen oder in anderer Weise zu formen. Somit eignet sich bei typischen bekannten Konstruktionen eine temperaturgesteuerte Strömungskupplung dieser Art nur für eine relative Drehrichtung zwischen dem Antriebsrotor und dem angetriebenen Gehäuse.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Strömungskupplung der genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine hydraulische Kupplung der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aus. Dementsprechend ist ein Sperrkörper (dam) für eine Strömungskupplung vorgesehen, der es ermöglicht, daß die Kupplung für jede relative Drehrichtung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse benutzt

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werden kann. Dieses erfolgt durch eine entsprechende Ausbildung des Sperrkörpers, so daß dieser automatisch irgendeine von zwei festen Winkelpositionen in bezug auf das Gehäuse einnehmen kann. Der Sperrkörper ist in der allgemeinen Form eines Kreiszylinders ausgebildet und in einem Käfig positioniert, um sich in diesem zwischen einer ersten Position an einer Seite des Ablaßlochs und einer zweiten Position an der anderen Seite des Ablaßlochs zu bewegen. Die Trägheitskraft der Scher- bzw. Schubflüssigkeit oder der Reibungskontakt mit der Peripherie des Antriebsrotors oder beide Kräfte wirken auf den Sperrkörper, um diesen automatisch in die passende Position relativ zu dem Ablaßloch zu bewegen.

Die erfindungsgemäße hydraulische bzw. Strömungskupplung vom temperaturgesteuerten Typ eignet sich insbesondere zum Ankoppeln eines Motors an ein Kühlergebläse einer Innenverbrennungsmaschine. Die Verbesserung basiert auf dem rollenden Sperrkörper, der an das Ablaßloch angrenzt, welche den äußeren Teil der den Antriebsrotor enthaltenden Antriebskammer mit einem Durchgang bzw. Kanal zu einem Scherflüssigkeitsreservoir verbindet. Der Sperrkörper rollt zwischen zwei von der Gehäuseabdeckung getragenen Anschlägen, so daß er in bezug auf das Ablaßloch irgendeine von zwei Positionen einnehmen kann. Eine Position des Sperrkörpers relativ zum Ablaßloch ermöglicht eine relative Drehung zwischen dem Antriebsrotor und dem Kupplungsgehäuse in einer Richtung, während die andere Position des Sperrkörpers relativ zum Ablaßloch für eine solche relative Drehung in der anderen Richtung zuständig ist. Der abrollende Sperrkörper bewegt sich bei irgendeiner relativen Drehrichtung zwischen dem Antriebsrotor und dem Kupplungsgehäuse automatisch in die passende Position in bezug auf das Ablaßloch.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - einen Teilschnitt längs der Drehachse einer nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten hydraulischen bzw.

Strömungskupplung,
Figur 2 - eine Ansicht längs der Linie 2-2 aus Figur 1 und Figur 3 - einen Schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2. - 6 -

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In den Zeichnungen bezeichnet die Hinweiszahl 1o allgemein eine temperaturgesteuerte hydraulische Kupplung. Diese eignet sich besonders zum Ankuppeln eines Motors an ein Kühlerkühlgebläse in einer Innenverbrennungsmaschine. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung bei irgendeiner hydraulischen Kupplung anwendbar ist, wo es erwünscht ist, eine Scher- bzw. Schubflüssigkeit (shear liquid) von einem Umfangsabschnitt zu einem radial inneren Abschnitt der Kupplung radial zurückzupumpen. Die Hinweiszahl 12 bezeichnet allgemein eine Gehäuseabdekkung in Form einer ebenen Platte mit einem äußeren Umfangsrand, während die Hinweiszahl 14 ein die Abdeckung aufnehmendes Gehäuse bezeichnet. Ein Drehwellenelement 18 kann entweder direkt oder indirekt an eine Innenverbrennungsmaschine angekoppelt werden. Das andere Ende der Welle 18 ist in passender Weise an einen Antriebsrotor 2o angekoppelt, der allgemein in Form einer Scheibe ausgebildet ist. Der scheibenförmige Antriebsrotor 2o ist in einer Antriebskammer 24 drehbar, und die Seiten der Scheibe sind etwas gegenüber den Seiten der Antriebskammer versetzt. Herkömmliche Dichtungs- und Lagerelemente 26 sind zwischen der Welle 18 und dem Gehäuse 14 angeordnet. Die Peripherie der Scheibe grenzt an den äußersten Umfang der Antriebskammer 24 an. Die Hinweiszahl 3o bezeichnet ein Scher- bzw. Schubflüssigkeitsreservoir, das zentral innerhalb der Gehäuseabdeckung angeordnet und von der Antriebskammer 24 durch eine Unterteilungswandung 34 getrennt ist. Ein nicht dargestelltes temperaturabhängiges Ventil wird entweder von der Unterteilungswandung 34 oder einem Teil des Gehäuses oder der Gehäuseabdeckung getragen, so daß eine Flüssigkeitsströmungsverbindung zwischen der Antriebskammer 24 und dem Reservoir 3o in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur entweder geöffnet oder geschlossen oder teilweise geöffnet wird. Die erfaßte Temperatur ist gewöhnlich diejenige der Innenverbrennungsmaschine oder eine hiermit in Beziehung stehende Temperatur. Die Hinweiszahl 36 bezeichnet einen sich radial erstreckenden Durchgang bzw. Kanal, der mit dem Reservoir 3o in Strömungsverbindung steht und dessen oberer bzw. äußerer Abschnitt von einer Dichtung oder einem Absperrglied in Form einer Kugel 38 verschlossen ist. Ein Ablaßloch (dump hole) 4o erstreckt sich in einer axialen Richtung und

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stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Durchgang bzw. Kanal 36 und dem radial äußersten Abschnitt der Antriebskammer 24 her.

In Figur 2 bezeichnen die Hinweiszahl 5o einen sich radial erstreckenden Anschlag bzw. ein Widerlager und die Hinweiszahl 52 einen sich radial erstreckenden zweiten Anschlag bzw. ein Widerlager, wobei beide Anschläge bzw. Widerlager mit der Gehäuseabdeckung 12 zusammenhängend ausgebildet sind. Gemäß Figur 3 ist die axiale Abmessung eines jeden Anschlags 52 (wie auch 5o) kleiner als die axiale Breite des scheibenförmigen Antriebsrotors 2o. Somit besteht gemäß Figur 3 ein Raum 54 zwischen dem rechtseitigen Abschnitt der linken Fläche der Gehäuseabdeckung 12 und dem rechtseitigen Abschnitt des sich radial erstreckenden Anschlags 52. Der Zweck dieses Raums ergibt sich aus den nachfolgenden Ausführungen .

Die Hinweiszahl 58 bezeichnet einen kurzen Kreiszylinder, der so angeordnet ist/ daß seine Längsachse parallel zur Drehachse des Antriebsrotors 2o verläuft. Die Länge des Zylinders entspricht etwa der axialen Breite oder Dicke des Antriebsrotors 2o, während der Durchmesser des Zylinders dergestalt ist, daß seine Längsachse in einer Winkelposition des Zylinders relativ zum Ablaßloch 4o mit der Achse desselben zusammenfällt. Der Zylinder 58 kann als ein rollender Sperrkörper bezeichnet werden und ist in einem Käfig angeordnet. Dieser wird von den sich radial erstreckenden Anschlägen 5o sowie 52, dem Gehäuse 14, der Gehäuseabdeckung 12 und der Peripherie des Antriebsrotors 2o bestimmt. Der Sperrkörper kann sich frei zwischen einer Position an einer Seite des Ablaßlochs 4o und einer anderen Position an der anderen Seite des Ablaßlochs 4o bewegen, wie es aus Figur 2 ersichtlich ist. Der Durchmesser des Sperrkörpers kann dergestalt sein, daß er in Reibungskontakt mit der äußersten Peripherie des Antriebsrotors 2o kommt oder daß er im Falle eines etwas kleineren Durchmessers nur auf der Peripherie des Antriebsrotors ruht. Während der Körper 58 gemäß Figur 2 an dem obersten Bereich der Kupplung angeordnet ist handelt es sich hierbei nur um eine beispielhafte Ausführungsform und die Winkelposition des Körpers kann irgendeine andere Winkel-

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position sein, so daß sich der Durchgang bzw. Kanal 3 6 unter irgendeinem erwünschten Winkel relativ zur Drehachse erstreckt.

Es wird nunmehr die Betriebsweise der hydraulischen Kupplung beschrieben. Es sei angenommen, daß die relative Drehung des Antriebsrotors 2o in bezug auf das Gehäuse in Gegenuhrzeigerrichtung erfolgt, wie es durch einen gebogenen Pfeil in Figur 2 dargestellt ist. Die Scherflüssigkeit im Reservoir 24 wird durch die Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen gedrückt, um schließlich zum Umfang des Rotors zu gelangen. Ein Teil der von der Peripherie des Antriebsrotors 2o getragenen Flüssigkeit gelangt durch den Raum 54 (siehe Figur 3) und in den Käfig. Wenn sich der rollende Sperrkörper gemäß Figur 2 an der rechtseitigen Position des Käfigs befindet, wird er durch die Kraft der Flüssigkeit nach links und gegen den Anschlag 5o bewegt. Nunmehr gelangt ein Teil der von der äußeren Peripherie des Rotors 2o getragenen Scherflüssigkeit in das Ablaßloch 4o, um dann durch den Durchgang bzw. Kanal 3 6 in das Reservoir 3o zurückzuströmen. Der Flüssigkeitsstrom aus dem Reservoir 3o wird, wie es zuvor erläutert wurde, von einem temperaturabhängigen oder anderen Ventil gesteuert, um eine Flüssigkeitsströmungsverbindung zwischen dem Reservoir und der Antriebskammer 24 für eine Wiederholung dieser Vorgänge herzustellen oder zu regeln.

Wenn eine entgegengesetzte relative Drehung zwischen dem Antriebsrotor 2o und dem Gehäuse erwünscht ist, liegen entgegengesetzte bzw. umgekehrte Verhältnisse vor, und hierbei drückt die Kraft der von der äußersten Peripherie des Antriebsrotors 2o getragenen Scherflüssigkeit den Körper 58 von der in Figur 2 dargestellten Position zu der entgegengesetzten Seite (gestrichelt dargestellt) des Ablaßlochs 4o. In dieser Position gelangt dann ein Teil der Flüssigkeit laufend durch das Ablaßloch 4o in den Durchgang bzw. Kanal 3 6 für denselben zuvor erwähnten Vorgang. Aus den vorstehenden Ausführungen ist unmittelbar ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Aufbaues zu entnehmen. Es kann nämlich ein einziger hydraulischer Kupplungsaufbau hergestellt und bei Innenverbrennungsmaschinen oder anderen Anwendungen benutzt

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werden, wenn irgendeine relative Drehrichtung zwischen dem Antriebsrotor 2o und dem Gehäuse erwünscht ist. Nach der Montage der Vorrichtung nimmt der rollende Körper 58 automatisch seine passende Position relativ zu dem Ablaßloch 4o ein, so daß die beschriebene Zirkulation der Scherflüssigkeit auftritt. Vorzugsweise nimmt der Körper 58 durch die Kraft der Flüssigkeit seine passende Position relativ zu dem einen oder dem anderen der Anschläge 5o, 52 ein. Dieser Vorgang kann jedoch durch eine leichte Reibungs-, Klemmberührung zwischen dem Körper und dem Rotorumfang unterstützt werden. Während der Körper in Form eines Kreiszylinders dargestellt und beschrieben ist, ist darauf hinzuweisen, daß er auch andere Formen für ein Zusammenarbeiten zwischen dem Ablaßloch 4o und dem Käfig annehmen kann, in dem er angeordnet ist. Auch kann der Käfig etwas verändert werden, um die erwünschten Resultate zu erreichen. Beispielsweise kann eine Brücke bzw. ein Steg die radial innersten Bereiche der Anschläge 5o und 52 verbinden, wobei eine entsprechende Verkleinerung des Durchmessers des Antriebsrotors 2o zur Anwendung kommt. Bei einem solchen Aufbau bestimmt die Peripherie des Antriebsrotors 2o nicht mehr eines der Elemente des Käfigs.

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/IO L e e r s e i t e

Claims

G 51 192 -su 275Ü2Ö9

Firma WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. (USA)

Hydraulische Kupplung

Patentan Sprüche

.j Hydraulische Kupplung mit einem Antriebsrotor in einer Antriebskammer innerhalb eines Gehäuses, mit einer Scherflüssigkeit innerhalb der Antriebskammer, mit einem von dem Gehäuse getragenen Sperrkörper, der an die Peripherie des Antriebsrotors angrenzt, und mit einem Durchgang bzw. Kanal, der sich in dem Gehäuse von einem an den Sperrkörper angrenzenden Ablaßloch zu einem Scher- bzw. Schubflüssigkeitsreservoir innerhalb des Gehäuses radial einwärts erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (58) innerhalb eines Käfigs angeordnet ist, und zwar für eine darin erfolgende begrenzte Bewegung zwischen einer Position an einer Seite des Ablaßlochs (4o) und einer zweiten Position an der anderen Seite des Ablaßlochs (4o), wodurch der Sperrkörper (58) durch die Drehung des Antriebsrotors (2o) relativ zum Kupplungsgehäuse (12, 14) automatisch in bezug auf das Ablaßloch (4o) positioniert wird, und daß von der Peripherie des Antriebsrotors*(2o) getragene Scherbzw. Schubflüssigkeit den Sperrkörper (58) beaufschlagt und automatisch in seine passende Position bewegt.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (58) in Form eines Zylinders ausgebildet ist, dessen Längsachse parallel zur Drehachse des Antriebsrotors (2o) verläuft.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig zwei sich radial einwärts erstreckende Anschläge (5o, 52) enthält, die von dem Gehäuse (12, 14) getragen werden und sich von dem radial äußersten Bereich der Antriebskammer (24) teilweise in diese erstrecken, wobei die Anschläge (5o, 52) an verschiedenen Seiten des Ablaßlochs (4o) und an dieses angrenzend angeordnet sind.

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