DE2814608C3

DE2814608C3 - Flüssigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE2814608C3
Application number: DE2814608A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart 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: 1983-11-03
Also published as: DE2814608B2; FR2422069B1; US4278158A; ES479336A1; GB2019536A; GB2019536B; JPS5927454B2; DE2814608A1; JPS54132047A; FR2422069A1

Description

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Die Erfindung geht aus von einer temperaturgesteuerten, mit einem viskosen Fluid gefüllten Kupplung (sogenannte Flüssigkeitsreibungskupplung), bei der rwischen einer primärseitig befestigten Antriebsscheibe und sekundärseitig angeordneten Mitnahmefläehen je •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 geförden oder in dem Vorratsraum /urückgehalicn wird: eine solche Kupplung wurde durch die DFi-OS 27 50 520 bekannt.

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 labyrintharti-■ge, 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 Kenni'nie im Leerlaufzuatand 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. Auch hiev 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 Antriebssscheibe versetzten Pumpelement nicht in kontrollierter Weise sichergestellt Ferner 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.

Schließlich wurde durch die DE-OS 27 50 520 eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer starren Antriebsscheibe und mit einem radial außen zu deren Umfangsfläche angeordneten, drehbaren Verschlußglied (Pumporgan) bekannt. Dieses Verschlußglied hat infolge seiner zweifachen Verwenbarkeit einen relativ komplizierten Aufbau und erfordert somit einen entsprechenden fertigungstechnischen Aufwand. Sofern es als Kunststoffteil ausgebildet ist, sind seinem Einsatzzweck von der Temperaturbeständigkeit her relativ niedrige Grenzen gesetzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die obengenannten 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 prirnärseitiger Antriebs-

scheibe und sekundärseitig angeordneten Mitnahmeflächen konstant gehalten werden, da die flexible Scheibe eventuelle 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 Auiiendurch messer D der Antriebsscheibe £/£>< 0,015 ergibt sich ein bevorzugtes Maß für die Flexibilität der Scheibe, wobei diese aus Stahl mit dem bekannten Elastizitätsmodul hergestellt ist 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 des 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. Aber auch im Leerlaufzustand bewirkt die erfindungsgemäß flexibel ausgebildete Antriebsscheibe eine Stabilisierung des Drehzahlverhaltens, weil sich auch dann noch Reste des Arbeitsmediums im Arbeitsraum befinden, die ein geringes Drehmoment übertragen. Gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 3 bis 7 ist radial außerhalb des Umfangsbereiches 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 D-^hzahl der Kupplung auch im Leerlaufzustand kontrolliert bleibt. Eine fertigungstechnisch besonders günstige Lösung ist gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 5 gegeben, wobei der Staukörper durch Umbiegen eines an der Zwischenscheibe vorgesehenen Lappens hergestellt ist — der Staukörper ist daher einstückig mit dieser Zwischenscht'be ausgebildet. Er kann gemäß Anspruch 7 auch — in zweistückiger Ausführung — als Stift ausgebildet sein, der durch entsprechende Ausnehmungen im sekundärseitigen Gehäuse gehalten wir.·⁴. Die Abweisfläche gemäß Anspruch 6 bildet vorzugsweise einen spitzen bis rechten W^:nkel 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 aie Vergrößerung der Umfangsfläche der Antriebsscheibe gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 4 wird die Pumpwirkung noch verstärkt, da eine größere Menge des Arbeitsmediums aufgrund einer Erhöhung der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums mitgerissen wird.

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

Fig. 1 eine Halbansicht und einen Halbschnitt der erfindungsgemäß verbes srten Kupplung,

Fie. 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,

F i g. 5 eine Teildraufsicht und (einen) (Teil)schnitt des Staukörpers (zweistückig).

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 Primärseitt der Kupplung, während das auf der Flanschwelle 10 mittels des Dreh'.gers 9 gelagerte Gehäuse 1 sowie die drehfest mit lh η verbundene Zwischenscheibe 6 die Sekundärseite bilden. Im ebenfalls mit dem Gehäuse 1 verbundenen Deckel 2 befindet sich ein kühlluftbeaufschlagtes Bimetall 4, welche:: einen Schaltstift 3 betätigt, der seinerseits den Ventilhebel 7 derart steuert, daß 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.

F i g. 2 zeigt die Einzelheit A aus der F i g. 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 Außenflächen der Antriebsscheibe 25 und den beiden Mitnahmeflächen 23 und 24 befinden sich definierte Spalte S\ und s* Die Abweisfläche 29 des Staukörpers b^;ldet mit der Rotationsebene der Scheibe bzw. mit den Mitnahmeflächen 23 und 24 einen Winkel α, 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, to daß es in einem kontinuierlichen Fluß in den Vorratsraum 12 gelangt

Durch die flexible Ausbildung der Antriebsscheibe 5 bL-w. 2tt wird sichergestellt daß die Spalte S\ und 52 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:

Da die Summe von S] und $2 konstant bleibt, ergeben sich bei Veränderungen von s\ und S2 erhebliche Drehmomentänderungen, die 10 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 F i g. 4 vergrößert erkennbar ist. Gleiche Teile haben bei ihren Bezugszahlen gleiche Endziffern.

Die Antriebsscheibe 45 weist in diesem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 eine vergrößerte Umfangsfläche 48 auf, deren axiale Erstreckung das Maß b hat. Es gilt allgemein, daß b größer ist als die Dicke f 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.

F i g. 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 geg-;n axiale Verschiebung gesichert ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Vorratsraum 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 Verhält »äs von Dicke t zu Außendurchmesser Dt/D<0,0\5 aufweist, wobei der Elastizitätsmodul des Materials der Antriebsscheibe (5,25; 35,45,55) in der Größenordnung von £»2,1 · KPN/mm² liegt

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (5, 25; 35, 45, 55) eine zylindermantelförmige Umfangsfläche (28; 48; 58) aufweist und daß in an sich bekannter Weise im Bereich radial außerhalb dieser Umfangsfläche (28; 48; 58) ein sekundärseitig befestigter Staukörper (2J, 40,50) angeordnet ist

4. Kupplung nach Ansprc~h 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichne-*, daß die axiale Erstreckung b der Umfangsfläche (48) der f ntriebsscheibe (45) größer als die Dicke ί der Antriebsscheibe (45) ist

5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (20, 40) einstückig mit einer sekundärseitig befestigten Zwischenscheibe (26; 46) als gebogener Lappen (20, 40) ausgebildet ist.

6. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (20,4G) mit seiner Abweisfläche (29, 49) gegenüber der Rotationsebene der Antriebsscheibe (25, 45) einem Winkel von 30° bis 90° bildet.

7. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (50) als prismatischer Körper (50) ausgebildet ist, der in an sich bekannter Weise zwischen Gehäuse (51) und Zwischenscheibe (56) gehalten ist.