DE2814468C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitstreibungskupplung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Solche Flüssigkeitsreibungskupplungen werden in großem Umfang eingesetzt, um den Kühllüfter von Kraftfahrzeugen temperaturabhängig ein- und auszu­ kuppeln. Dabei ist es erwünscht, für niedrige Auskupplungsdrehzahlen und hohe Einkupplungsdrehzahlen zu sorgen. Niedrige Auskupplungsdrehzahlen lassen sich erreichen, wenn ein sauberes Herauspumpen der viskosen Flüs­ sigkeit aus der Arbeitskammer sichergestellt wird. Für diesen Zweck sind bei bekannten Flüssigkeitsreibungskupplungen (US-PS 35 84 716 und US-PS 39 83 981) die radialen Flüssigkeitskanäle vorgesehen, die U- oder V-förmi­ gen Querschnitt haben und zu denen die Entleerungskanäle radiale Fortsetzun­ gen bilden. Wenn derartige Kupplungen jedoch bei Motoren mit hohen Dreh­ zahlen, beispielsweise 6000 1/min, verwendet werden, erfolgt das Herauspum­ pen bei hohen Drehzahlen zu rasch. Es kommt zu einem teilweisen Auskuppeln und damit zu einer niedrigeren Abtriebsdrehzahl, als sie bei hohen Antriebs­ drehzahlen erwünscht ist.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig­ keitsreibungskupplung zu schaffen, die bei hohen Motordrehzahlen unter Bei­ behaltung einer niedrigen Auskupplungsdrehzahl eine erhöhte Einkupplungs­ drehzahl hat.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der stufenförmige Drosselkanal verhindert, daß bei hohen Antriebsdrehzahlen die viskose Flüssigkeit übermäßig rasch aus der Arbeitskammer herausgepumpt wird. Damit wird eine relativ hohe Einkupplungsdrehzahl sichergestellt. Die Auskupplungsdrehzahl bleibt erwünscht niedrig.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt eine Seitenaufrißansicht der einen Hälfte einer temperatur­ abhängig arbeitenden Flüssigkeitsreibungskupplung,

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines Teils der Kupplung im wesentlichen entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht eines Teils des Steg- und Nutbereiches einer bekannten Kupplung,

Fig. 5 eine Ansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 4 für den erfindungsgemäß ausgebildeten Teil der Kupplung, und

Fig. 7 bis 9 Ansichten entlang den Linien 7-7, 8-8 bzw. 9-9 der Fig. 6.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, weist die Flüssigkeitsreibungskupplung 10 ein Gehäuseteil 12 mit einem Gußgehäuse 14 und einer Deckplatte 16 auf, das einen Hohlraum bildet. Der Holraum ist mittels einer radial verlaufenden Ventilplatte 18 in eine Arbeitskammer 20 und eine Speicherkammer 22 unter­ teilt. Eine Antriebswelle 24 ist über ein Kugellager 26 am Gehäuseteil 12 dreh­ bar abgestützt. Ein ringförmiges, sich im wesentlichen radial erstreckendes Kupplungsteil 28 ist am einen Ende der Antriebswelle 24 angebracht; es sitzt innerhalb der Arbeitskammer 20. Das andere Ende der Antriebswelle 24 trägt einen Flansch 30, der mit einer Welle oder einer Riemenscheibe verbunden wer­ den kann, die mittels eines (nicht dargestellten) Fahrzeugmotors angetrieben wird. Viskose Flüssigkeit (nicht veranschaulicht) befindet sich in dem Hohl­ raum, um in bekannter Weise Drehkräfte von dem Kupplungsteil 28 auf das Gehäuseteil 12 zu übertragen. Koaxial zu der Drehachse A-A der Kupplung 10 ist ein Ventilschaft 32 angeordnet, der sich in der Deckplatte 16 drehen kann. Das eine Ende des Ventilschafts 32 ist mit einem Ventilarm 34 verbun­ den, während an dem anderen Ende des Ventilschafts das innere Ende 36 ei­ ner Bimetall-Spiralfeder 38 angebracht ist. Das äußere Ende 40 der Feder 38 ist mit einem Bügel 42 verbunden, der an der Deckplatte 16 starr befestigt ist.

Das Gehäuseteil 12 weist eine im wesentlichen zylindrische Fläche 44 und eine ringförmige, im wesentlichen radial verlaufende Fläche 46 auf, die zusammen mit der Ventilplatte 18 die Arbeitskammer 20 begrenzen. Zwei axial in Abstand liegende, ringförmige, im wesentlichen radial verlaufende Flächen 48 und 50 des Kupplungsteils 28 liegen benachbart der Fläche 46 bzw. der Ventilplatte 18. Der Außenrand des Kupplungsteils 28 wird von einer äußeren Umfangsfläche 52 gebildet, die in Abstand von der Fläche 44 liegt. Auf der radialen Fläche 50 befindet sich eine ringförmige Pumpfläche 56. Ein Pumpelement 58 ist mit der Ventilplatte 18 starr verbunden; es liegt in geringem Abstand von der Pumpfläche 56. Eine in der Ventilplatte 18 ausgebildete Auslaßöffnung 60 ver­ bindet die Arbeitskammer 20 mit der Speicherkammer 22. Wenn das Kupplungs­ teil 28 rotiert, strömt entsprechend Fig. 2 Flüssigkeit aus der Arbeitskammer 20 über die Öffnung 60 in die Speicherkammer 22. Unmittelbar hinter dem Pumpelement 58 befindet sich eine Einlaßöffnung 62, die die Speicherkammer 22 mit der Arbeitskammer 20 verbindet. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Ventilarm 34 so bewegt werden, daß er entweder die Einlaßöffnung 62 oder die Auslaßöffnung 60 abdeckt.

Die Flächen 46 und 48 von Gehäuseteil 12 und Kupplungsteil 28 sind mit einer Mehrzahl von in Abstand voneinander liegenden konzentrischen, ineinander­ greifenden Stegen und Nuten 64 und 66 versehen, die einen Scherbereich bil­ den. Das Kupplungsteil 28 weist ferner mehrere in Umfangsrichtung in Ab­ stand voneinander befindliche Öffnungen 68 auf, die zwischen dem Scherbe­ reich und der Antriebswelle 24 liegen. Mehrere Flüssigkeitskanäle 70 von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt sind auf dem Kupplungsteil 28 in Um­ fangsrichtung verteilt angeordnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegen die Flüssigkeitskanäle 70 des Kupplungsteils 28 in einem gegenseitigen Abstand von 90°, während drei ähnliche Flüssigkeitskanäle 72 im Gehäuseteil 12 in gegenseitigen Abständen von 120° ausgebildet sind. Jeder der Flüssig­ keitskanäle 70 endet außen in einer axial verlaufenden Entleerungsöffnung 74, die radial außerhalb der Stege und Nuten 64, 66 durch das Kupplungs­ teil hindurchreicht und mit der Pumpfläche 56 in Verbindung steht.

Die Kupplung 10 arbeitet wie folgt. Ein Lüfter wird am Gehäuseteil 12 über Bolzen befestigt, die in Öffnungen 75 eingreifen. Der Flansch 30 wird mit der Welle eines Kraftfahrzeugmotors verbunden und vom Motor angetrieben, wodurch die Antriebswelle 24 und dementsprechend auch das Kupplungsteil 28 zu einer Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn (in Fig. 2) veran­ laßt werden. Wenn der Ventilarm 34 die in Fig. 2 dargestellte Lage ein­ nimmt, wird Flüssigkeit aus der Arbeitskammer 20 heraus über die Öffnung 60 in die Speicherkammer 22 gepumpt. Ist die Flüssigkeit aus der Arbeits­ kammer herausgepumpt, erfolgt nur eine minimale Kraftübertragung zwischen dem Kupplungsteil 28 und dem Gehäuseteil 12. Wenn die Motortemperatur an­ steigt und dies von der Feder 38 erfaßt wird, wird der Ventilarm 34 in Fig. 2 nach links gedreht, wodurch die Auslaßöffnung 60 abgedeckt und die Einlaß­ öffnung 62 freigegeben wird. Diese Drehung des Ventilarms verhindert, daß Flüssigkeit aus der Arbeitskammer 20 heraus und in die Speicherkammer 22 gelangt, während Flüssigkeit von der Speicherkammer 22 über die Einlaßöff­ nung 62 in die Arbeitskammer 20 übergehen kann. Wenn die Arbeitskammer 20 mit Flüssigkeit gefüllt wird, führt die Drehung des Kupplungsteils 28 aufgrund der viskosen Scherkräfte zu einer Drehung des Gehäuseteils 12. Wenn die Mo­ tortemperatur sinkt und die Feder 38 dies erfaßt, wird der Ventilarm 34 in die in Fig. 2 gezeigte Lage zurückbewegt; Flüssigkeit wird wieder von der Arbeitskammer 20 in die Speicherkammer 22 gepumpt. Die Drehzahl des Ge­ häuseteils 12 sinkt. Während des Austritts von Flüssigkeit über die Auslaß­ öffnung 60 strömt die Flüssigkeit durch den Scherbereich hindurch über die Flüssigkeitskanäle 70 und 72 in die Entleerungsöffnungen 74 und von dort zum Pumpelement 58.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine bekannte Ausbildung der Flüssigkeitskanäle des Kupplungsteils, wobei den Fig. 1 bis 3 entsprechende Bauteile mit Be­ zugszeichen versehen sind, die um 100 größer als dort sind. Über den Flüs­ sigkeitskanal 170 kann Flüssigkeit ohne größere Behinderung unmittelbar von links nach rechts durch den Scherbereich hindurch zu einem Entleerungska­ nal 176 strömen, der nicht durch Stege und Nuten 164, 166 unterbrochen ist; von dort gelangt die Flüssigkeit in die Entleerungsöffnung 174. Bei einer sol­ chen Ausbildung wird mehr Flüssigkeit als erwünscht von der Arbeitskammer 20 in die Speicherkammer 22 gepumpt, wenn die Drehzahl der Antriebswelle bis in den Bereich von 6000 1/min gesteigert wird. Dies führt zu einer Ver­ minderung der Drehzahl des Gehäuseteils 12, was hinsichtlich des Kühlbe­ darfs für den betreffenden Anwendungsfall schädlich sein kann. Bei Antriebs­ drehzahlen von weniger als 4000 1/min stellte dieses stärkere Herauspumpen von Flüssigkeit kein Problem dar.

Um ein übermäßiges Herauspumpen von Flüssigkeit bei höheren Antriebsdreh­ zahlen zu vermeiden, ist vorliegend für eine Verengung im Bereich jedes Flüssigkeitskanals dadurch gesorgt, daß der vor der Entleerungsöffnung 74 liegende Entleerungskanal als stufenförmiger Drosselkanal 76 ausgebildet ist. Des weiteren ist eine Radialabstützung 78 an der Deckplatte 16 vorgesehen, die verhindert, daß der Ventilarm 34 von der Ventilplatte 18 weggedrückt wird.

Im folgenden sei im einzelnen auf die Fig. 5 bis 9 Bezug genommen. Entspre­ chend einer typischen Anwendung beträgt dabei der Außendurchmesser des Kupplungsteils 28 ungefähr 89 mm, während der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Scherbereiches bei etwa 58 mm liegen. Jeder der Flüs­ sigkeitskanäle 70 hat im Querschnitt entsprechend Fig. 5 eine Breite von etwa 3,18 mm und eine Tiefe von etwa 3,94 mm. In Fig. 7 beträgt die Querschnitts­ fläche des schraffierten Teils etwa 4,19 mm². In Fig. 8 liegt die Querschnitts­ fläche des schraffierten Teils etwa bei 2,90 mm². In Fig. 9 beträgt die Quer­ schnittsfläche des schraffierten Teils etwa 2,84 mm, während der Durchmesser der Entleerungsöffnung 74 2,29 mm beträgt. Die Querschnittsfläche des schraf­ fierten Teils in Fig. 5 liegt bei etwa 10,97 mm². Anhand herkömmlicher Strö­ mungsgleichungen kann gezeigt werden, daß bei einem konstanten Druckabfall vom Punkt A zum Punkt B, dem Auslaß der Entleerungsöffnung 74, im Falle der Ausbildung nach Fig. 4 ungefähr 4mal mehr Flüssigkeit vom Punkt A zum Punkt B strömen würde, als im Falle der Ausbildung gemäß Fig. 6. Durch eine herkömmliche Strömungsberechnung kann ferner gezeigt werden, daß dann, wenn der Strom durch die Flüssigkeitskanäle 70 und 72 zum Punkt A als eine Einheit angenommen wird, der Strom zum Punkt B bei der abgewandelten Aus­ bildung nach Fig. 6 gleich einer Einheit oder kleiner als eine Einheit ist. Die wesentliche Bedeutung der stufenförmigen Ausbildung dürfte daher darin lie­ gen, daß sichergestellt wird, daß der Flüssigkeitsstrom jenseits des Punktes A vom Scherbereich gleich dem oder kleiner als der Maximalstrom ist, der über die Entleerungsöffnung 74 abströmen kann. Im Falle der Kupplung, bei welcher der Ventilarm 34, die Abstützung 78 und die gezeigte Anordnung von Pumpele­ ment 58, Auslaßöffnung 60 und Einlaßöffnung 62 vorgesehen sind, vermindert jedenfalls der in den Fig. 6 bis 9 veranschaulichte stufenförmige Drosselka­ nal stark das Herauspumpen bei hoher Drehzahl. Selbst dann, wenn der Ven­ tilarm 34 die Auslaßöffnung 60 nicht abdeckt, wird mittels der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Anordnung das Herauspumpen bei hoher Drehzahl gegen­ über einer ähnlichen Kupplung vermindert, bei welcher die bekannte Ausbil­ dung gemäß den Fig. 4 und 5 vorgesehen ist. Es kommt vorliegend also we­ sentlich auf die Verengung oder Drosselung im Bereich des Drosselkanals 76 an, und insbesondere auf die stufenförmige Ausbildung dieses Kanals, die sich auszeichnet durch eine erste im wesentlichen radial verlaufende Fläche 80, die das hintere Ende des Flüssigkeitskanals 70 bildet (Fig. 7), eine zweite im wesentlichen radial verlaufende hintere Fläche 82, die von der Fläche 80 axial in Abstand liegt und an der Entleerungsöffnung 74 endet (Fig. 8), sowie ei­ ne im wesentlichen axial verlaufende hintere Fläche 84, die an den Flächen 80 und 82 endet und die die Rückseite der U-Nut gemäß Fig. 9 bildet.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für den Antrieb von Lüf­ tern, mit einem um eine Achse drehbaren Gehäuseteil, das eine Ar­ beitskammer und eine Speicherkammer bildet; einem um die Achse dreh­ baren, innerhalb der Arbeitskammer sitzenden Kupplungsteil, das zu­ sammen mit dem Gehäuseteil innerhalb der Arbeitskammer eien ring­ förmigen Scherbereich begrenzt, dem viskose Flüssigkeit von der Spei­ cherkammer über eine Leiteinrichtung zuführbar ist; einer Flüssigkeit von dem Scherbereich zur Speicherkammer pumpenden Pumpeinrichtung; einer an dem Gehäuseteil oder dem Kupplungsteil angebrachten und an dem jeweils anderen Teil um die Achse drehbar gelagerten Antriebswel­ le; sowie mindestens einem durch den Scherbereich radial hindurchfüh­ renden Flüssigkeitskanal, der mit der Pumpeinrichtung über einen Ent­ leerungskanal und eine ausgehend vom radial äußeren Ende des Entlee­ rungskanals durch das Kupplungsteil axial hindurchreichende Entlee­ rungsöffnung verbunden ist, über die Flüssigkeit von dem Flüssig­ keitskanal zu der Pumpeinrichtung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungskanal als stufenförmiger Drosselkanal (76) ausge­ bildet ist, dessen Querschnitt höchstens gleich dem Querschnitt des Flüssigkeitskanals (70) ist und der an das radial außenliegende Ende des Flüssigkeitskanals (70) anschließend zunächst in axialer Richtung und dann in radialer Richtung abgewinkelt ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere durch den Scherbereich radial hindurchführende Flüssigkeitskanäle (70) in Form von in dem Kupplungsteil (28) ausge­ bildeten, in Umfangsrichtung in Abstand voneinander liegenden Nuten von im wesentlichen konstanter Querschnittsfläche an jeweils einen stu­ fenförmigen Drosselkanal (76) angeschlossen sind.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die radialen Flüssigkeitskanäle (70) und die Dros­ selkanäle (76) als U-förmige Nuten ausgebildet sind.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Drossel­ kanals (76) sowohl in seinem axialen als auch in seinem radialen Teil kleiner als die Querschnittsfläche des zugehörigen radialen Flüssigkeits­ kanals (70) ist.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuseteil (12) mehrere durch den Scherbereich radial hindurchführende, in Umfangsrichtung in Abstand voneinander liegen­ de Nuten (72) aufweist, deren Anzahl sich von der Anzahl der radialen Nuten (70) des Kupplungsteils (28) um eins unterscheidet.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherbereich von einer Mehrzahl von in Abstand voneinander liegenden, ineinandergreifenden, konzentri­ schen Stegen (64) und Nuten (66) des Gehäuseteils (12) und des Kupplungsteils (28) gebildet ist.