DE2814608A1

DE2814608A1 - Fluessigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE2814608A1
Application number: DE19782814608
Authority: DE
Inventors: Hans Martin
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1978-04-05
Filing date: 1978-04-05
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2814608B2; DE2814608C3; FR2422069B1; US4278158A; ES479336A1; GB2019536A; GB2019536B; JPS5927454B2; JPS54132047A; FR2422069A1

Description

38U6G8

3.4.78

EZDP/Heu/Bü.

78-B-04

Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG 7ooo Stuttgart 30

Flüs s igkeits reibungskupplung

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->■ 4.4.78

HEZDP/Üeu/Bü. 78-B-04

WH608

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperatürgesteuerte, mit einem viskosen Fluid gefüllte Kupplung (sogenannte Flüssigkeitsreibungskupplung) , bei der zwischen einer primärseitig befestigten Antriebsscheibe und sekundäreeitig angeordneten Mitnahmeflächen Spalte zur Erzeugung von leistungsübertragenden Viskositätskräften vorgesehen sind und wobei das leistungsübertragende Fluid durch ein temperaturgesteuertes Ventil entweder aus einem Arbeitsraum in einen Vorratsraum mittels eines Pumporganes gefördert oder in dem Arbeitsraum zurückgehalten wird.

Ein Problem derartiger Flüssigkeitsreibungskupplungen besteht darin, die für die Drehmomentübertragung notwendigen Spalte möglichst konstant zu halten. Verändern sich diese für die Viskositätskräfte massgebenden Spalte, so ändert sich auch das in der Kupplung übertragene Drehmoment, was zu einer unkontrollierbaren und daher unerwünschten Drehzahlabweichung vom Nennwert der Kupplung während des Betriebes und auch im Leerlauf führt.

Die bekannten Kupplungen sind mit einer starren primärseitig befestigten Antriebsscheibe ausgerüstet, von der aus das Drehmoment über Spalte an ein sekundärseitiges Gehäuse übertragen wird. Bei der DE-OS 27 23 429 werden die Spalte durch labyrinthartige, konzentrisch ineinandergreifende Flächen gebildet. Beide Teile müssen daher sehr eng toleriert werden, um eine Konstanthaltung der wirksamen Spalte zu gewährleisten. Dies ist aber aus Fertigungs- und Montagegründen nicht immer erreichbar, so dass mit einem Planschlag der Antriebsscheibe gegenüber dem Gehäuse gerechnet werden muss. Dies wirkt sich auch auf den Spalt zwischen Antriebsscheibe und sekundärseitig axial versetzt angeordnetem Pumpelement aus. Insofern ist ein gleichmässiges Abpumpen des Fluids nicht gewährleistet, so dass .sich Drehzahlabweichungen von der gewünschten Kennlinie im Leerlaufzustand einstellen. Die DE-OS 24 07 062 zeigt eine ähnliche Kupplung, bei der die für die Drehmomentübertragung bestimmten Spalte durch theoretisch planparallele Flächen gebildet werden.

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Auch hier führt eine fertigungs- und montagebedingte Veränderung des Spaltes zu Drehmoment- und damit Drehzahl-Abweichungen vom Nennwert im Betrieb. Ebenso ist das Abpumpen über dem axial gegenüber der Antriebsscheibe versetzten Pumpelement nicht in kontrollierter Weise sichergestellt. Schliesslich ist durch die DE-OS 25 32 201 für eine Flüssigkeitsreibungskupplung ein federbelastetes, axial versetztes Pumpelement bekannt geworden, das ständig an die starre Antriebsscheibe gepresst wird. Der Spalt zwischen Antriebsscheibe und Pumpelement ist hier zwar beseitigt, jedoch gilt dies nur für eine bestimmte Drehzahlgrenze, da oberhalb dieser Eigenfrequenzen des Pumpelementfedersystems ein konstantes Anliegen an der Scheibe nicht mehr zulassen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und die eingangs beschriebene Flüssigkeitsreibungskupplung dahingehend zu verbessern, dass der Bereich der Drehzahlabweichungen eingeengt wird. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, diesen Bereich sowohl im Betriebszustand (bei Drehmomentübertragung) als auch im Leerlaufzustand (vernachlässigbare Drehmomentübertragung) einzuengen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die primärseitige Antriebsscheibe in axialer Richtung flexibel ausgebildet ist. Durch diese Massnahme erreicht man, dass die Spalte zwischen primärseitiger Antriebsscheibe und sekundärseitig angeordneten Mitnahmeflächen konstant gehalten werden, da die flexible Scheibe evtl. Ungenauigkeiten bezüglich der Planparallelität und der erreichbaren Spaltbreiten zu folgen vermag; sie wird sich daher stets in der Mitte zwischen beiden Mitnahmeflächen einstellen, was zu konstanten und gleichen Spalten und damit zu gleichmässiger Drehmomentübertragung und somit zu konstanter, kontrollierter Drehzahl führt. Durch ein Verhältnis von Dicke t zum Aussendurchmesser D der Antriebsscheibe t/D - 0,015 ergibt sich ein bevorzugtes Mass für die Flexibilität der Scheibe, wobei diese aus Stahl mit dem bekannten Elastizitätsmodul hergestellt ist.

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Die Antriebsscheibe kann natürlich auch aus anderem Material hergestellt werden, wobei das Verhältnis von t/D mit dem anderen Elastizitätsmodul abgestimmt sein muss, so dass die erforderliche Flexibilität gewährleistet ist. Durch das Merkmal der Flexibilität wird in erster Linie eine Drehzahlabweichung im Betriebszustand, insbesondere eine Drehzahlerhöhung vermieden. Letztere führt erstens zu erhöhter, unerwünschter Geräuschbildung, zweitens zu Leistungsverlusten der antreibenden Maschine und drittens zu einer erhöhten Beanspruchung der mit erhöhter Drehzahl laufenden Teile, was entsprechende Unfälle infolge Desintegration zur Folge haben kann. Gemäss den Kennzeichen der Ansprüche 3 bis 6 ist radial ausserhalb des Umfangbereiches der Antriebsscheibe ein Staukörper vorgesehen, der für ein kontrolliertes und weitgehend vollständiges Abpumpen des Arbeitsmediums sorgt. Durch die Anordnung dieses Staukörpers ist die Abhängigkeit von einem in axialer Richtung veränderlichen Spalt beseitigt, andererseits wird durch die Anordnung am äussersten Umfang der Sumpf des Arbeitsmediums weitestgehend abgepumpt, so dass die Drehzahl der Kupplung auch im Leerlaufzustand kontrolliert bleibt. Eine fertigungstechnisch besonders günstige Lösung ist gemäss dem Kennzeichen des Anspruches 4 gegeben, wobei der Staukörper durch Umbiegen eines an der Zwischenscheibe vorgesehenen Lappens hergestellt ist - der Staukörper ist daher einstückig mit dieser Zwischenscheibe ausgebildet. Er kann gemäss Anspruch 6 auch - in zweistückiger Ausführung - als Stift ausgebildet sein, der durch entsprechende Ausnehmungen im sekundärseitigen Gehäuse gehalten wird. Die Abweisfläche gemäss Anspruch 5 bildet vorzugsweise einen spitzen bis rechten Winkel mit der Rotationsebene der Antriebsscheibe bzw. einen stumpfen bis rechten Winkel mit der örtlichen Umfangsrichtung der Antriebsscheibe bzw. des mitgeführten Arbeitsmediums. Hierdurch wird eine besonders starke Pumpwirkung erzielt. Durch die Vergrösserung der Umfangsfläche der Antriebsscheibe gemäss dem Kennzeichen des Anspruchs 7 wird die Pumpwirkung noch verstärkt, da eine grössere Menge des Arbeitsmediums aufgrund einer Erhöhung der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums mitgerissen wird. 909841/0286

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen

Fig. 1 eine Halbansicht und einen Halbschnitt der erfindungsgemäss verbesserten Kupplung,

Fig. 2 eine Teildraufsicht, einen Teilschnitt und eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemässen Staukörpers (einstückig), Fig. 3 eine Halbansicht und einen Halbschnitt der Kupplung mit vergrösserter Umfangsfläche der Antriebsscheibe und Fig. 4 eine Teildraufsicht und einen Teilschnitt des erfindungsgemässen Staukörpers,

Fig. 5 eine Teildraufsicht und (einen) (Teil) schnitt des Staukörpers (zweis tückig) .

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäss verbesserte Flüssigkeitsreibungskupplung, wie sie beispielsweise .in Kraftfahrzeugen für den Lüfterantrieb Verwendung findet. Hierbei erfolgt der Antrieb über die Flanschwelle 10 auf die drehfest mit ihr verbundenen Antriebsscheibe 5, die in einem mit einem Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum 11 umläuft. Letzterer wird begrenzt durch die Innenwand des Gehäuses 1 und eine mit ihm fest verbundene Zwischenscheibe 6. Die Flanschwelle 10 und die mit ihr verbundene Antriebsscheibe 5 gelten als Primärseite der Kupplung, während das auf der Flanschwelle 10 mittels des Drehlagers 9 gelagerte Gehäuse 1 sowie die drehfest mit ihm verbundene Zwischenscheibe 6 die Sekundärseite bilden. Im ebenfalls mit dem Gehäuse 1 verbundenen Deckel 2 befindet sich ein kühlluftbeaufschlagtes Bimetall 4, welches einen Schaltstift 3 betätigt, der seinerseits den Ventilhebel 7 derart steuert, da&s die in der Zwischenscheibe 6 befindliche Bohrung 8 geöffnet oder geschlossen wird - somit wird zwischen dem Arbeitsraum 11 und dem Vorratsraum 12 eine Verbindung hergestellt bzw. unterbrochen.

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Fig. 2 zeigt die Einzelheit A aus der Fig. 1, d.h. den erfindungsgemässen Staukörper 20, der in dieser Ausführung einstückig mit der Zwischenscheibe 26 ausgebildet ist, indem er als Lappen rechtwinklig aus der Scheibenebene heraus umgebogen wird - dies ist besonders deutlich aus der perspektivischen Darstellung zu erkennen. Die Zwischenscheibe 26 ist - wie bereits erwähnt - drehfest mit dem Gehäuse 21 verbunden, wobei beide Teile über ihre Mitnahmeflächen 23 und 24 das von der Antriebsscheibe 25 übertragene Drehmoment aufnehmen. Zwischen den Aussenflachen der Antriebsscheibe 25 und den beiden Mitnahmeflächen 23 und 24 befinden sich definierte Spalte S₁ und s_o. Die Abweisfläche 29 des Staukörpers bildet mit der Rotationsebene der Scheibe bzw. mit den Mitnahmeflächen 23 und 24 einen Winkel OC , vorzugsweise 30° bis 90°. Das Arbeitsmedium wird durch die Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert und über die Abweisfläche 29 des Staukörpers 20 durch die Durchtrittsöffnung 27 hindurchgepumpt, so dass es in einem kontinuierlichen Fluss-in den Vorratsraum 12 gelangt.

Durch die flexible Ausbildung der Antriebsscheibe 5 bzw. 25 wird sichergestellt, dass die Spalte s, und s« annähernd gleich bleiben, d.h. dass eine gleichbleibende Drehmomentübertragung erzielt wird. Nach der Theorie der Flüssigkeitsreibungskupplungen gilt für das übertragene Drehmoment bei zwei wirksamen Spalten:

ges S₁ s₂

Da die Summe von S₁ und S₂ konstant bleibt, ergeben sich bei Veränderungen von S₁ und S₃ erhebliche Drehmomentänderungen, die Io bis 30 % des Nenndrehmomentes erreichen können. Man erkennt aus der obigen Funktion, wie wichtig die Konstanthaltung der Spalte für ein konstantes Drehmoment ist. Diese Forderung wird durch die flexible Antriebsscheibe erfüllt.

In Fig. 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung für die gleiche Kupplung dargestellt, die insbesondere in Fig. 4 vergrössert erkennbar ist.

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Gleiche Teile haben bei ihren Bezugszahlen gleiche Endziffern. Die Antriebsscheibe 45 weist in diesem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 eine vergrösserte Umfangsflache 48 auf, deren axiale Erstreckung das Mass b hat. Es gilt allgemein, dass b grosser ist als die Dicke t der Antriebsscheibe 45. Durch diese Massnahme wird das Arbeitsmedium schneller und vollständiger abgepumpt, so dass sich insbesondere im Leerlaufzustand eine kontrollierte Abtriebsdrehzahl der sekundären Kupplungsseite einstellt.

Fig. 5 zeigt schliesslich den Staukörper 50 als Stift mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, der in einer Bohrung des Gehäuses 51 gehalten und durch die Zwischenscheibe 56 gegen axiale Verschiebung gesichert ist.

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Claims

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Ansprüche

ΓΙ.)Temperaturgesteuerte, mit einem viskosen Fluid gefüllte Kupplung (Flüssigkeitsreibungskupplung) , bei der zwischen einer primärseitig befestigten Antriebsscheibe und sekundärseitig angeordneten Mitnahmeflächen Spalte zur Erzeugung von leistungsübertragenden Viskositätskräften vorgesehen sind und wobei das leistungsübertragende Fluid durch ein temperaturgesteuertes Ventil entweder aus einem Arbeitsraum in einen Vorratsraum mittels eines Pumporganes gefördert oder in dem Arbeitsraum zurückgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Antriebsscheibe (5, 25; 35, 45, 55) in axialer Richtung flexibel ausgebildet ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (5, 25; 35, 45, 55) ein Verhältnis von Dicke t zu Aussendurchmesser D t/D - 0,015 aufweist, wobei der Elastizitätsmodul des Materials der Antriebsscheibe (5, 25
liegt.

(5, 25; 35, 45, 55) in der Grössenordnung von E ¹^ 2,1 . 1O⁵ N/mm
3. Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (5, 25; 35, 45, 55) eine zylindermantelförmige Umfangsflache (28; 48; 58) aufweist und dass im Bereich radial ausserhalb dieser Umfangsfläche (28; 48; 58) ein sekundärseitig befestigter Staukörper (2o, 40, 50) angeordnet ist.

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4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Staukörper (20, 40) einstückig mit einer sekundärseitig befestigten Zwischenscheibe (26; 46) als abgebogener Lappen (20, 40) ausgebildet ist.
5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , dass der Staukörper (20, 40) mit seiner Abweisfläche (29, 49) gegenüber der Rotationsebene der Antriebsscheibe (25, 45) einen Winkel von 30 bis 90° bildet.
6. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Staukörper (50) als prismatischer Körper (50) ausgebildet ist, der zwischen Gehäuse ('5I) und Zwischenscheibe (56) gehalten ist.
7. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , dass die axiale Erstreckung b der Umfangsfläche (48) der Antriebsscheibe (45) grosser als die Dicke t der Antriebsscheibe (45) ist.

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