DE2804557A1 - Fluessigkeitsreibungskupplung, insbesondere fuer ein kuehlgeblaese einer brennkraftmaschine - Google Patents

Fluessigkeitsreibungskupplung, insbesondere fuer ein kuehlgeblaese einer brennkraftmaschine

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DE2804557A1 DE19782804557 DE2804557A DE2804557A1 DE 2804557 A1 DE2804557 A1 DE 2804557A1 DE 19782804557 DE19782804557 DE 19782804557 DE 2804557 A DE2804557 A DE 2804557A DE 2804557 A1 DE2804557 A1 DE 2804557A1
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Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU
D-8500 NORNBERG ESSENWEINSTRASSE 4-6 TELEFON 09 11 /203727 TELEX 04/23135
Nürnberg, 02.02.1978 17/48
Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG, Jdauserstraße 3, D-7ooo Stuttgart 3o
"Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine"
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine, mit Füllungsregelung mit einem gegenüber einer Antriebswelle drehbaren Kupplungsgehäuse, das durch eine Trennwand in eine Vorrats- und eine Antriebskammer mit einer darin befindlichen Antriebsscheibe unterteilt ist, wobei sich in der Trennwand eine von einem Ventil verschließbare öffnung befindet, welche die Vorrats- und Antriebskammer miteinander verbindet, mit einem am Kupplungsgehäuse angebrachten und bei Bedarf beheizbaren temperaturabhängigen Arbeitselement zur Betätigung des Ventilhebels, wobei ein Signal zur Beheizung des temperaturabhängigen Arbeitselements von einem Thermoschalter ausgeht.
Bei den Kühlanlagen von Kraftfahrzeugen wird häufig die Lüfterdrehzahl dem jeweiligen Kühlbedarf durch Verwendung einer regelbaren Kupplung angepaßt. Bevorzugt wird eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung eingesetzt, welche aus einem gegenüber der Antriebswelle drehbaren Gehäuse besteht, das durch eine Trennwand in
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eine Vorrats- und eine Antriebskammer mit einer darin befindlichen Antriebsscheibe unterteilt ist. In der Trennwand beider Kammern befindet sich eine von einem Ventil verschließbare öffnung zur Regulierung des Füllungsgrades der Kupplung. Die Ventilbetätigung erfolgt bei den heute im Einsatz befindlichen Konstruktionen über ein an der Kupplungsfrontseite angeordnetes Bimetallelement. Die Übertragung der Formänderung dieses Thermofühlers auf das Ventil erfolgt über einen Kolben oder sog. Schaltstift.
Die mit einem Lüfter versehene Kupplung wird von der Warmluft des davor angeordneten Kühlers beaufschlagt. Der Temperaturfühler regelt also die Kupplung über die Kühllufttemperatur, welche ein Maß für die Kühlwassertemperatur darstellt.
Eine solche Flüssigkeitsreibungskupplung ist z. B. in der DE-PS 12 84 186 beschrieben.
Bei neueren Entwicklungen auf dem Kraftfahrzeugsektor/ beispielsweise bei Anordnung eines Ladeluftkühlers vor dem Wasserkühler, Verwendung eines Ringkühlers mit Radiallüfter, drückende Lüfteranordnung bei Flachkühlern oder Gebläse für luftgekühlte Motoren, ist diese einfache Flüssigkeitsreibungskupplung nicht anwendbar.
In diesen Fällen wird nämlich die Kühlluft auch durch den Ladeluftkühler erwärmt bzw. die Luftaufwärmung erfolgt erst hinter dem Lüfter. Die Kupplung muß deshalb direkt von der Temperatur des zu kühlenden Mediums oder Bauteils beeinflußbar sein, wobei ein Steuersignal von einem an der kritischen Stelle angeordneten Thermoschalter ausgelöst und auf die Kupplung übertragen wird.
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Als tJbertragungsmedium kann Druckluft, Öl oder elektrischer Strom verwendet werden. Der Aufwand für die beiden erstgenannten Mittel ist jedoch wegen der zu verlegenden Leitungen sowie der erforderlichen Abdichtungen und Ventile erheblich. Eine derartige pneumatische Steuerung ist aus der US-PS 3 880 265 bekannt.
Wesentlich billiger ist eine elektrische Signalübertragung. Elektrische Steuerungen für Flüssigkeitsreibungskupplungen in Verbindung mit einem Magneten sind z. B. aus der DE-AS 12 7o 339 bekannt. Elektromagnete sind aber kostspielig und belasten bei Anbringung an der Kupplung durch ihr hohes Gewicht nicht nur die Kupplungslagerung sondern auch die antriebsseitigen Lager, z. B. der Wasserpumpenoder Kurbelwelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine universell einsetzbare, von einem beliebigen Signal, ausgehend z. B. von der Temperatur der Ladeluft, des Kühlwassers, eines Schmiermittels, der Zylinderwand der Brennkraftmaschinen od. dgl. zu beeinflussende, billige, leichte und platzsparende Flüssigkeitsreibungskupplung zu schaffen, wobei die Verbindung zwischen einem Signalgeber und der Kupplung in möglichst einfacher Weise, nämlich auf elektrischem Wege, erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei der Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs erläuterten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß als temperaturabhängiges Arbeitselement ein an sich bekanntes Dehnstoffelement verwendet ist, bei dem in einem Gehäuse ein sich bei Erwärmung ausdehnender Stoff eingeschlossen ist, der einen Arbeitskolben verschiebt, und daß zur bedarfsweisen Beheizung
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dieses Dehnstoffelementes ein PTC-Widerstand dient.
Dehnstoffelemente der erwähnten Art sind klein, leicht, platzsparend und zudem billig, da sie in großen Stückzahlen auch anderweitig einsetzbar sind.
Elektrisch beheizte Temperaturfühler sind an sich bekannt und in Verbindung mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung in der DE-AS12 84 721 erwähnt. In dieser Auslegeschrift wird aber auf die Beheizung nicht näher eingegangen, obwohl gerade die Beheizung des Steuerelementes für die Funktion der Kupplung entscheidend ist.
Bei der Erwärmung eines Dehnstoffelementes durch eine elektrische Heizvorrichtung hängt die Temperatur und damit die Volumenänderung des Dehnstoffes von der Umgebungstemperatur ab. Diese kann je nach Jahreszeit zwischen etwa minus 2o C und plus 35 C schwanken.
Die Zuschaltung der Kupplung zum richtigen Zeitpunkt ist dadurch in Frage gestellt. Dieser Nachteil ist auch durch sorgfältige Isolierung des SteueieLementes, einschließlich Heizung, nicht zu beheben, da in diesem Fall die Abkühlung des Dehnstoffes bei Stromwegnahme zu lange dauern würde, wodurch ebenfalls die zuverlässige Regelbarkeit in Frage gestellt ist.
Durch die erfindungsgemäße Steuerung eines an sich bekannten Dehnstoffelementes durch Beheizung mit einem PTC-Widerstand werden die geschilderten Nachteile behoben.
Derartige PTC-Widerstände leiten im Kaltzustand einen entsprechenden Strom und erwärmen sich dabei außerordentlich schnell. Mit steigender Eigentemperatur steigt der Innen-
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widerstand, so daß schließlich bei einem bestimmten, jeweils gegebenen Temperaturwert, der Innenwiderstand so hoch wird, daß keine Leitung mehr stattfindet. Der PTC-Widerstand kann sich somit nicht mehr weiter erwärmen. Bei absinkender Temperatur nimmt der Widerstand wiederum ab, so daß eine Stromleitung wieder stattfinden kann. Durch diese thermostatischen Eigenschaften lassen sich PTC-Widerstände sehr gut für temperaturabhängige Regelvorgänge anwenden, da durch diese Eigenschaften die durch Wärmeleitung bzw. Abstrahlung entstehenden Verluste nahezu trägheitslos und außerordentlich genau dosiert ersetzt werden.
Während bei der Beheizung durch herkömmliche temperaturunabhängige Heizwiderstände in Folge einer unkontrollierbaren Erwärmung sehr große Überhübe des Kolbens des Dehnstoff elementes auftreten können, was die Reaktionszeit, der Kupplung beim Abschalten des Stromes in unzulässigem Maße erhöht, kann wegen der Charakteristik des erfindungsgemäß angewendeten PTC-Widerstandes der Überhub auf ein Minimum reduziert bzw. praktisch vermieden werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in vorteilhafter Weise das Dehnstoffelement mit PTC-Widerstand im Zentrum der Kupplungsfrontseite, gegenüber der Kupplung drehbar, gelagert. Dadurch ist bei Abstützung des Dehnstoffelementes : gegen die Umgebung (z. B. Lüfterzarge) eine schleifringlose Stromzuführung möglich.
In besonders vorteilhafter Weise wird zur übertragung der Axialkraft zwischen Kolben des Dehnstoffelementes und Ventilhebel ein Drucklager vorgesehen, welches als Wälz-
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oder Gleitlager ausgebildet sein kann. Dadurch wird die Relativdrehung zwischen dem Kolben des feststehenden Dehnstoffelementes und dem Ventilhebel derKupplung erleichtert.
Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Vermeidung einer zu hohen Druckbelastung des Kolbens und Ventilhebels bei etwa auftretender Überwärmung des Dehnstoffes erfindungsgemäß der Ventilhebel zumindest im Bereich der Kolbenachse aus einem elastischen Material, z. B. Federstahl hergestellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand derZeichnung näher erläutert, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit Kühlvorrichtung und Lüfter und
Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 2o mit einem Kühlmittelkreislauf dargestellt, bei der eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung Anwendung findet. Die Brennkraftmaschine 2o ist mit einem Kühler 21 über Kühlmittelleitungen 24 und 25 in an sich beliebiger Weise verbunden. Hinter dem Kühler und vor der Brennkraftmaschine ist ein mit einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung verbundener Lüfter 22 dargestellt, der in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2o angetrieben wird. Bei dem dargestellten
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Ausführungsbeispiel ist in der Kühlmittelrücklaufleitung ein als elektrischer Schalter ausgebildeter Thermofühler angeordnet, der ein elektrisches Signal zur Steuerung der Flüssigkeitsreibungskupplung abgibt. In Fig. 1 ist auch schematisch ein zur Steuerung der Flüssigkeitsreibungskupplung dienendes elektrisch beheiztes Dehnstoffelement 8 dargestellt/ das beispielsweise über eine Heizstromleitung 19 mit dem Thermofühler 23 verbunden ist.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab im Schnitt gezeigt.
Die Flüssigkeitsreibungskupplung besteht aus einer Kupplungsfrontseite 1 an der in beliebiger Weise Lüfterflügel 17 befestigt oder mit der Kupplungsfrontseite 1 einstückig ausgebildet sind. Eine Trennwand 2 trennt das Innere der mit einer Rückwand 16 versehenen Kupplung in eine Vorratskammer 2a und eine Antriebskammer 15 auf. In der Antriebskammer 15 ist in bekannter Weise eine Antriebsscheibe 26 angeordnet. Die Trennwand 2 weist eine ölzulaufbohrung 3 zur Antriebskammer 15 auf, die durch ein Ventil, beispielsweise einem Ventilhebel 4, geöffnet und verschlossen wird. Zur Betätigung des Ventilshebels 4, der in einer Lagerung 5 verschwenkbar gelagert ist, dient ein Dehnstoffelement 8, welches über einen Kolben 10 mit einem Bund 11 gegen die Wirkung einer Druckfeder 13 über eine Anlaufbuchse 12 auf eine Anlaufscheibe 14 im Ventilhebel 4 drückt und dadurch letzteren bewegt. Der Ventilhebel 4 ist gegenüber der Trennwand 2 mittels einer Druckfeder 6 abgestützt. In der Kupplungsfrontseite 1 ist ein Lager 9 vorgesehen, in dem das Dehnstoffelement gehalten ist. Das Dehnstoffelement 8 enthält in bekannter
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Weise in einem Hohlraum einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Stoff 29, beispielsweise ein Wachs, der über eine Membran 28 auf den Kolben 10 wirkt. Bei Erwärmung dehnt sich dieser Stoff bei Erreichen eines bestimmten Temperaturzustandes durch übergang vom festen in den flüssigen Zustand stark aus und übt auf den Kolben 10 eine relativ große Druckkraft aus. Bei entsprechender Erwärmung des Dehnstoffelementes 8 wird der Kolben 10 (in der Zeichnung )nach rechts verschoben, so daß der Ventilhebel 4 die öleinlaßöffnung schließt und die Kupplung abschaltet. Zur Erzielung des gewünschten Temperaturzustandes ist am oder im Gehäuse des Dehnstoffelementes 8 erfindungsgemäß ein PTC-Widerstand angeordnet, der mit der Heizstromleitung 19 verbunden ist. Die Beheizung des PTC-Widerstandes 18 erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Temperatur eines bestimmten Teiles der Brennkraftmaschine oder eines Zusatzaggregates, beispielsweise der Temperatur der Ladeluft, des Kühlwassers (in Fig. 1 dargestellt) des Schmiermittels, Zylinderwand od. dgl.. Dazu ist es lediglich erforderlich, den Thermofühler 23 in Wärmekontakt mit dem jeweiligen Maschinenteil oder Fluid (Lade-Luft, Kühlwasser, Schmiermittel) zu bringen.
Um eine überhitzung des zu kühlenden Fluids oder Bauteils bei Störungen der Stromversorgung zu vermeiden, wird die elektrische Schaltung, die vom entsprechenden Thermofühler gesteuert und den PTC-Widerstand heizt, so ausgelegt, daß bei Stromausfall die Lüfterkupplung zuschaltet. Am PTC-Widerstand 18 muß somit Spannung anliegen, wenn die Kupplung abgeschaltet ist und umgekehrt.
Aus der Praxis ist es bekannt, daß eine Lüfterkupplung nur etwa während 5 % der gesamten Betriebszeit eines
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Fahrzeuges eingeschaltet ist. Dies bedeutet, daß die Stromzufuhr zum Dehnstoffelement 8 während ca. 9 5 % der Fahrzeit erfolgen muß. Diesem Umstand kommt die Charakteristik des erfindungsgemäß mit einem PTC-Widerstand 18 beheizten Dehnstoffelementes 8 sehr entgegen, da hierbei nur ein geringer Strom fließt, der die Abkühlverluste gerade kompensiert.
Sobald der PTC-Widerstand bei geringem bzw.unterbrochenem Stromfluß sich abkühlt wird der Kolben 10 durch die Druckfeder 13 wieder (in der Zeichnung nach links) in das Gehäuse des Dehnstoffelementes 8 eingeschoben und die ölzulaufbohrung 3 mehr oder weniger freigegeben, dadurch, daß der Ventilhebel 4 sich unter der Wirkung der Feder 6 (in der Zeichnung nach links) von der Trennwand 2 wegbewegt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dehnstoffelement 8 mit PTC-Widerstand 18 im Zentrum, bzw. in der Achse 7 der Kupplungsfrontseite 1 gegenüber der Kupplung drehbar gelagert. Das durch die Anlaufbuchse 12, die Druckfeder 13 und die Anlaufscheibe 14 gebildete Drucklager dient, wie erläutert, zur übertragung der Axialkraft zwischen Kolben 10 des Dehnstoffelementes 8 und Ventilhebel 4.
Zur Vermeidung einer zu hohen Druckbelastung des Kolbens 10 und des Ventilhebels 4 bei Auftreten einer Überwärmung des Dehnstoffes 29 im Dehnstoffelement 8 ist der Ventilhebel 4 zumindest im Bereich der Kolbenachse 7 aus einem elastischen Material (z. B. Federstahl) hergestellt. Es ist aber auch möglich, den Ventilhebel 4 im Bereich der Kupplungsachse mit einer entsprechenden Bohrung zu versehen, in welcher sich das Kolbenende frei bewegen kann, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
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. 42.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, insbesondere kann die Ausbildung der Flüssigkeitsreibungskupplung abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählt sein. Wesentlich ist, daß die Betätigung des Ventils für die Ölzulaufbohrung in einer Trennwand zwischen einer Vorratsund Antriebskamrner durch ein mittels einem PTC-Widerstand beheiztes temperaturabhängiges Arbeitselement erfolgt.
Die Erfindung umfaßt somit auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
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Claims (4)

  1. PATENTANWÄLTE DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU
    D-8500 NÜRNBERG ESSENWEINSTRASSE 4-6 TELEFON 09 Π / 20 37 27 TELEX 06 / 23135
    Nürnberg, 02.02.1978 17/48
    Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG, Mauserstraße 3, D-7ooo Stuttgart 3o
    Ansprüche
    I 1./Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine, mit Füllungsregelung mit einem gegenüber einer Antriebswelle drehbaren Kupplungsgehäuse, das durch eine Trennwand in eine Vorrats- und eine Antriebskammer mit einer darin befindlichen Antriebsscheibe unterteilt ist, wobei sich in der Trennwand eine von einem Ventil verschließbare Öffnung befindet, welche die Vorrats- und Antriebskammer miteinander verbindet, mit einem am Kupplungsgehäuse angebrachten und bei Bedarf beheizbaren temperaturabhängigen Arbeitselement zur Betätigung des Ventilhebels, wobei ein Signal zur Beheizung des temperaturabhängigen Arbeitselements von einem Thermoschalter ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängiges Arbeitselement ein an sich bekanntes Dehnstoffelement (8) verwendet ist, bei dem in einem Gehäuse ein sich bei Erwärmung ausdehnender Stoff eingeschlossen ist, der einen Arbeitskolben (lo) verschiebt, und daß zur bedarfsweisen Beheizung dieses Dehnstoffelementes (8) ein PTC-Widerstand (18) dient.
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    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (8) mit PTC-Widerstand (18) im Zentrum der Kupplungsfrontseite (1) gegenüber der Kupplung drehbar gelagert ist.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Drucklager (12, 13, 14) zur Übertragung der Axialkraft zwischen Kolben (1o) des Dehnstoffelementes (8) und Ventilhebel (4) .
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhebel (4) , zumindest im Bereich der Achse des Kolbens (1o) des Dehnstoffelementes (8) aus einem elastischen Material besteht.
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