DE2803975C2 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Flächenteil anschließenden und sich in Richtung auf die zweite Wandfläche erstreckenden, zweiten Flächenteil versehen ist, der kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist und zusammen mit der Drehachse einen Winkel zwischen ungefähr 15° und ungefähr 45° einschließt

Die Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung hat im ausgerückten Zustand eine niedrige Abtriebsdrehzahl. Die Ausrückdauer während eines Kaltstarts ist verkürzt Dies wird erreicht, ohne daß eine Schwächung der treibenden Kupplungshälfie im Bereich ihres A'jßenumfangs in Kauf genommen zu werden braucht

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Uriteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen axialen Querschnitt einer typischen Flüssigkeitsreibungskupplung, für die sich die erfindungsgemäße Ausbildung eignet,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilansicht ähnlich F i g. 1, jedoch in einer anderen Ebene,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die treibende Kupplungshälfte entlang der Linie 3-3 der F i g. 2, im gleichen Maßstab wie F i g. 2,

F i g. 4 in noch größerem Maßstab eine Teilansicht nur der treibenden Kupplungshälfte und der Ventilplatte in einer anderen Ebene als die Schritte nach den Fig. 1 und 2,

Fig.5 eine graphische Darstellung der Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit für einen Kaltstart und

Fig.6 eine graphische Darstellung der Lüfterdrehzahl in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl, die die Probleme einer Überbeschleunigung und der Lüfterdrehzahl im ausgerückten Zustand erkennen läßt

Die in F i g. 1 gezeigte, beispielsweise als Antrieb für den Lüfter eines Kraftfahrzeugkühlers bestimmte Flüssigkeitsreibungskupplung weist eine treibende Kupplungshälfte 11 unu eine getriebene Kupplungshälfte 13 auf. Die treibende Kupplungshälfte 11 sitzt auf einer Antriebswelle 15, die beispielsweise über einen Flansch 17 angetrieben wird, der mit einem Wasserpumpenflansch (nicht dargestellt) verschraubt sein kann. Zwischen den Enden der Antriebswelle 15 befindet sich ein Abschnitt 19 mit verringertem Durchmesser, auf dem der innere Laufring eines Kugellagers 21 abgestützt ist, das in einer Mittelöffnung der getriebenen Kuppiungshälfte 13 sitzt.

Die treibende Kupplungshälfte 11 hat die Form einer Scheibe mit einer Nabe ?3, die auf dem vorderen Ende der Welle 15 abgestützt ist. Die Nabe 23 ist mit einer durchgehenden öffnung Versehen, in die ein geriefter Teil 25 der Welle 15 mit Pestsitz eingreift. Die Nabe 23 wird auf die Welle 15 geßreßt, bis sie an der Stirnseite des inneren Laufringes <ies Lagers 21 anliegt. Das abtriebsseitige (in F i g. 1 links liegende) Ende der Welle 15 wird dann aufgeweitet ^m die treibende Kupplungshälfte 11 auf der Welle festzulegen, so daß eine Drehung der Welle 15 zu einer Drehung der treibenden Kupplungshälfte Il führt.

Die getriebene Kupplungshälfte 13 wirkt mit einer Abdeckung 27 zusammen. Zwischen beiden wird eine Fluidkammer ausgebildet, die mittels einer Ventilplatte 29 in eine Arbeitskammer 31 und eine Speicherkammer 33 unterteilt ist. An der Abdeckung 27 ist ein Ventilschaft 35 drehbar abgestützt, an dessen innenliegendem fin F i ε. 1 rechtem) Ende ein Ventilarm 37 angebracht ist, dessen Ausbildung und Arbeitswille an sich bekannt sind (US-PS 30 55 473). Dis Abdeckung 27 weist einen Deckel 39 auf, der von einem einteiligen Metallstanzteil gebildet ist Mit der Außenfläche des Deckels 29 ist ein Bügel 41 verbunden, beispielsweise verschweißt der das äußere Ende 43 einer Bimetallspirale 45 abstützt deren inneres Ende 47 in einen Schlitz eingreift, der im äußeren Ende des Ventilschafts 35 ausgebildet ist

Es kommt vorliegend nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Ventilanordnung an, mittels deren der Fluidstrom von der Speicherkammer 33 in die Arbeitskammer 31 gesteuert wird. Auch eine Einschränkung auf eine spezielle Art einer der Steuerung der Ventilanordnung dienenden temperaturempfindlichen Einrichtung ist nicht gegeben. Es ist lediglich notwendig, daß die Ventilanordnung in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Zustand gesteuert wird, um die Kupplung zu veranlassen, entweder in den eingerückten oder in den ausgerückten Zustand überzugehen.

Aus den F i g. 2,3 und 4 ist in Verbindung mit Fig.! zu entnehmen, daß die gestanzte Ventilplatte 29 eine Abstreiferanordnung 51 aufweist, die beim Stanzen der Ventilplatte 29 hergestellt oder von einem Teil gebildet werden kann, das im Anschluß an den Stanzvorgang mit der Ventilplatte verschweißt wird. Die (am besten in F i g. 2 zu erkennende) Abstreiferanordnung 51 arbeitet in bekannter Weise derart daß benachbart ihrer Hinterkante ein Bereich erhöhten Fluiddruckes ausgebildet wird, weil die treibende Kupplungshälfte 11 und das in der Arbeitskammer 31 befindliche Fluid mit höherer Drehzahl als die getriebene Kupplungshälfte 13 rotieren. Benachbart der Hinterkante der Abstreiferanordnung 51 weist die Ventilplatte 29 eine Austrittsöffnung 53 auf, so daß der erhöhte Fluiddruck innerhalb der Arbeitskammer 31 einen Fluidstrom durch die Austrittsöffnung 53 hindurch in die Speicherkammer 33 bewirkt. Fluid wird aus der Arbeitskammer 31 in der vorstehend erläuterten Weise in die Speicherkammer 33 unabhängig davon überführt, ob die Flüssigkeitsreibungskupplung ein- oder ausgerückt ist

Wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, bildet die treibende Kupplungshälfte 11 eine benachbart der Ventilplatte 29 liegende vordere Wandfläche 61 und eine hintere Wandfläche 63. Die getriebene Kupplungshälfte 13 hat eine ringförmige Innenfläche 65, die die Arbeitskammer 31 begrenzt. Die getriebene Kupplungshälfte 13 ist ferner mit einer Wandfläche 67 versehen, die in geringem Abstand von der hinteren Wandfläche 63 liegt, wobei die Wandflächen 67 und 63 einen Scherraum begrenzen. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform bilden die Wandflächen 63 und 67 zusammen eine Mehrzahl von konzentrischen, in Umfangsrichtung verlaufenden, ineinandergreifenden Stegen und Nuten, um die verfügbare Scherfläche und das Drehmomentübertragungsvermögen der Kupplung in bekannter Weise zu maximieren.

Benachbart der vorderen Wandfläche 61 ist die treibende Kupplungshälfte 11 mit einem im wesentlichen zylindrischen Flächenteil 71 ausgestattet, an den sich ein in Richtung auf die hintere Wandfläche 63 verlaufender kreiskegelstumpfförmiger Flächenteil 73 anschließt.

Aus F i g. 4 ist zu erkennen, daß die vordere und die hintere Wandfläche 61,63 zwischen sich eine Wandstärke Tbegrenzen und der zylindrische Flächenteil 71 eine Breite (oder axiale Abmessung) Chat. Bei der Untersuchung von Prototypen ergab sich, daß die Abmessung C kleiner als ungefähr '/3 der Dicke T sein sollte, um die oben diskutierten Nachteile der konventionellen Aus-

führung mit vollem Außendurchmesser zu vermeiden (vergleiche auch die graphischen Darstellungen in den F i g. 5 und 6). Vorzugsweise sollte die Abmessung C zwischen ungefähr V₅ T und 'Λ T liegen, wobei der Kleinstwert im Hinblick auf die Fluidlagerwirkung zwi- s sehen dem Flächenteil 71 und der Innenfläche 65 von Wichtigkeit ist

Der kreiskegelstumpfförmige Flächenteil 73 schließt mit der Drehachse der Kupplung einen Winkel ein, der in Fig.4 der bequemeren Darstellung halber als der Winkel X mit Bezug auf den Flächenteil 71 unter der Annahme dargestellt ist, daß der Flächenteil 71 und die Drehachse im wesentlichen parallel verlaufen. Dieser Winkel kann derart eingestellt oder variiert werden, daß ein optimaler Ausgleich hinsichtlich der Betriebseigen- is schäften im ausgerückten und im eingerückten Zustand erzielt wird. Der Winkel X beträgt zwischen 15° und 45°. Bei einem Winkel Λ"νοη 15° wird bereits eine gewisse Verbesserung der Betriebseigenschaften im ausgerückten Zustand erreicht Beispielsweise ist die Ab- triebsdrehzahl im ausgerückten Zustand relativ niedriger; die Zeitdauer, die bei einem Kaltstart vergeht, bis die Arbeitskammer geleert bzw. die Kupplung ausgerückt ist, wird verkürzt; die Überbeschleunigung wird verkleinert Gleichzeitig kommt es nur zu einer sehr geringfügigen Beeinflussung der Betriebseigenschaften im eingerückten Zustand, beispielsweise wird die Drehzahl bei maximal eingerücktem Zustand nur sehr geringfügig verkleinert Vergrößert man nunmehr den Winkel X auf 45°, kommt es zu einer wesentlichen weiteren Verbesserung des Betriebsverhaltens im ausgerückten Zustand; gleichzeitig ist jedoch eine merkliche Beeinträchtigung der Betriebseigenschaften im eingerückten Zustand zu erwarten, und zwar möglicherweise in solchem Umfang, daß dies störend wird. Der Winkel X liegt daher vorzugsweise zwischen ungefähr 25° und ungefähr 35°. Bei einer praktischen Ausführungsform erwies sich ein Winkel X von 32° als besonders günstig.

Während in den F i g. 1,2 und 4 der kreiskegelstumpfförmige Flächenteil 73 als linear dargestellt ist, kann die Fläche 73 auch etwas von einer linearen Ausbildung abweichen. Beispielsweise kann der Flächenteil 73 abgewinkelt sein, d. h. zwei Flächenteile umfassen, die jeweils unterschiedliche Winkel mit der Drehachse einschließen. Der Flächenteil 73 kann im Querschnitt auch leicht gekrümmt sein. Wesentlich ist, daß der Flächenteil 73 insgesamt Kegelstumpfform hat Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann die treibende Kupplungshälfte 11 in konventioneller Weise mit vollem Außendurchmesser ausgebildet sein, während die so benachbarte ringförmige Innenfläche 65 einen zylindrischen Abschnitt hat, so daß der Freiraum zwischen den Umfangsbereichen von treibender Kupplungshälfte 11 und getriebener Kupplungshälfte 13 eine Form erhält, die äquivalent derjenigen ist, die in F i g. 2 in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist

Wie insbesondere aus Fig.3 in Verbindung mit F i g. 2 hervorgeht, bildet die treibende Kupplungshälfte 11 eine Mehrzahl von radial verlaufenden Kanälen 75, von denen jeder im Querschnitt im wesentlichen V-förmig ist Es ist bekannt, die treibende Kupplungshälfte mit derartigen radial verlaufenden Kanälen auszustatten, um Fluid aus dem Bereich der Stege und Nuten herauszutreiben. Es war jedoch üblich, die Kanäle radial es innerhalb vom Außenumfang der treibenden Kupplungshälfte enden zu lassen. Die Entleerung des Fluids aus dem Kanal erfolgt dann typischerweise über eine durch die treibende Kupplungshälfte hindurchreichende öffnung, beispielsweise die öffnung 77, die für eine Verbindung zwischen dem Kanal 75 und der vorderen Wandfläche 61 sorgt Vorliegend erfolgt das Austreiben von Fluid aus dem Bereich der Stege und Nuten nicht nur über die öffnung 77, sondern zusätzlich dadurch, daß die Kanäle 75 so weit verlängert werden, daß sie den kreiskegelstumpfförmigen Flächenteil 73 schneiden. Dadurch wird der Druckaufbau innerhalb des Kanals 75 minimal gehalten. Das Schneiden der Kanäle 75 und des Flächenteils 73 sowie die darauf zurückzuführende rasche Entleerung des Fluids aus dem Bereich der Stege und Nuten dürfte teilweise für die verminderte Zeitdauer bis zum Ausrücken beim Kaltstart sowie für das verringerte Überschwingen beim Beschleunigen verantwortlich sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 streiferanordnung (51) aufweist, die mit Bezug auf Patentansprüche: die Austrittsöffnung derart angeordnet ist, daß innerhalb der Arbeitskammer (31) im Bereich der Aus-

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer getrie- trittsöffnung ein Bereich erhöhten Fluiddruckes ausbenen Kupplungshälfte und einer zusammen mit s gebildet wird.

dieser eine Fluidkammer bildenden Abdeckung, ei- 7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

ner Ventilplatte, die die Fluidkammer in eine Ar- zeichnet, daß die treibende Kupplungshälfte (H)

beitskammer und eine Speicherkammer unterteilt, mehrere öffnungen (77) aufweist, von denen jede für

einer in der Arbeitskammer sitzenden und gegen- eine Verbindung zwischen einem der radial verlau-

über der getriebenen Kupplungshälfte drehbaren io fenden Kanäle (75) und der ersten Wandfliche (61)

treibenden Kupplungshälfte, die zu der Drehachse der treibenden Kupplungshälfte (11) sorgt der beiden Hälften im wesentlichen senkrechte erste

und zweite Wandflächen aufweist und eine Dicke T

zwischen diesen Wandflächen hat, wobei die zweite Wandfläche der treibenden Kupplungshälfte ge- is

meinsam mit einer benachbarten Oberfläche der ge- Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupptriebenen Kupplungshälfte einen Scherraum be- lung mit einer getriebenen Kupplungshälfte und einer grenzt, eiaer der Ventilplatte zugeordneten Ventil- zusammen mit dieser eine Fluidkammer bildenden Abanordnung zum Steuern des Fluidstromes zwischen deckung, einer Vectilplatte, die die Fluidkammer in eine der Speicherkammer und der Arbeitskammer, sowie 20 Arbeitskammer und eine Speicherkammer unterteilt, eieiner der Ventilanordnung zugeordneten tempera- ner in der Arbeitskammer sitzenden und gegenüber der turempfindlichen Einrichtung, mittels deren die Ven- getriebenen Kupplungshälfte drehbaren treibenden tilanordnung in Abhängigkeit von Änderungen eines Kupplungshälfte, die zu der Drehachse der beiden Hälfvorbestimmten Temperaturzustandes betätigbar ist ten im wesentlichen senkrechte erste und zweite Wandwobei die treibende Kupplungshälfte eine ringför- 25 flächen aufweist und eine Dicke T zwischen diesen mige Außenkontur und die getriebene Kupplungs- Wandflächen hat wobei die zweite Wandfläche der treihälfte eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche benden Kupplungshälfte gemeinsam mit einer benachaufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß harten Oberfläche der getriebenen Kupplungshälfte eidie Außenkontur (71,73) der treibenden Kupplungs- nen Scherraum begrenzt einer der Ventilplatte zugehälfte (11) als Ringfläche ausgebildet ist und einen 30 ordneten Ventilanordnung zum Steuern des Fluidstroder ersten Wandfläche (61) benachbart liegenden er- mes zwischen der Speicherkammer und der Arbeitssten kreiszylindrischen Flächenteil (71) hat der in kammer, sowie einer der Ventilanordnung zugeordnegeringem Abstand von der kreiszylindrischen Innen- ten temperaturempfindlichen Einrichtung, mittels deren fläche (65) der getriebenen Kupplungshälfte (13) die Ventilanordnung in Abhängigkeit von Änderungen liegt und sich in Axialrichtung über einen Abstand 35 eines vorbestimmten Temperaturzustandes betätigbar von weniger als ungefähr T/3 erstreckt und daß die ist wobei die treibende Kupplungshälfte eine ringförmi-Außenkontur ferner mit einem an den ersten Flä- ge Außenkontur und die getriebene Kupplungshälfte chenteil anschließenden und sich in Richtung auf die eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche aufweisen,
zweite Wandfläche (63) erstreckenden zweiten Flä- Bei einer bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung chenteil (73) versehen ist der kreiskegelstumpfför- 40 dieser Art (DE-OS 25 41 539) weist die Außenkontur mig ausgebildet ist und zusammen mit der Drehach- der treibenden Kupplungshälfte einer Folge von scharse einen Winkel zwischen ungefähr 15° und unge- fen, linienförmigen Kanten auf, u.t einem sogenannten fähr45° einschließt Kaltstart entgegenzuwirken, d.h. eine Mitnahme der

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- getriebenen Kupplungshälfte durch die treibende zeichnet, daß der eingeschlossene Winkel ungefähr 45 Kupplungshälfte bei ausgerückter Kupplung durch 25° bis ungefähr 35° beträgt Fluid, das nach einer gewissen Außerbetriebsdauer der

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- Kupplung aus der Speicherkammer in dte Arbeitskamkennzeichnet daß der erste Flächenteil (71) sich in mer geleckt ist Wegen der scharfkantigen Außenkontur Axialrichtung über einen Abstand erstreckt der kann es aber während der Herstellung und der Montage gleich oder größer als ungefähr T/5 und gleich oder 50 leicht zu Beschädigungen kommen. Die treibende kleiner als ungefähr T/4 ist Kupplungshälfte muß mit besonderer Sorgfalt gehand-

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden An- habt werden.

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmi- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

ge Innenfläche (65) der getriebenen Kupplungshälf- Flüssigkeitsreibungskupplung der genannten Art für ei-

te (13) von dem ersten Flächenteil (71) der treiben- 55 ne kurze Auspumpdauer und besonders niedrige Ab-

den Kupplungshälfte (11) einen Abstand von unge- triebsdrehzahl bei in ausgerücktem Zustand befindli-

fähr 0,25 bis ungefähr 0,76 mm hat. eher Kupplung zu sorgen, ohne daß die Festigkeit oder

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden An- Steifigkeit des peripheren Teils der treibenden Kuppsprüche, dadurch gekennzeichnet daß die zweite lungshälfte leidet.

Wandfläche (63) der treibenden Kupplungshälfte 60 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst

(11) mehrere radial verlaufende Kanäle (75) auf- daß die Außenkontur der treibenden Kupplungshälfte

weist, von denen jeder den zweiten Flächenteil (73) als Ringfläche ausgebildet ist und einen der ersten

schneidet. Wandfläche benachbart liegenden ersten kreiszylindri-

i|i

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- sehen Flächenteil hat, der in geringem Abstand von der

{j¹ zeichnet, daß die Ventilplatte (29) in geringem Ab- 65 kreiszylindrischen Innenfläche der getriebenen Kupp-

ii stand von der ersten Wandfläche (61) liegt, eine be- lungshälfte liegt und sich in Axialrichtung über einen

$ naehbart der ringförmigen Innenfläche (65) ange- Abstand von weniger als ungefähr T/3 erstreckt, und

ti ordnete Austrittsöffnung (53) bildet und eine Ab- daß die Außenkontur ferner mit einem an den ersten