DE2827331A1

DE2827331A1 - Fluidkupplung

Info

Publication number: DE2827331A1
Application number: DE19782827331
Authority: DE
Inventors: Albert Keith Blowers; Douglas Dean Rohrer
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1979-01-11
Also published as: FR2395431A1; IT7824870A0; JPS5410861A; US4132299A; FR2395431B3; IT1096599B; GB1601759A; JPS63164631U

Description

Die Erfindung betrifft drehmomentübertragende Fluidkupplungen und insbesondere Kupplungen, bei denen eine interne Ventilanordnung vorgesehen ist, um die Fluidkupplung in Abhängigkeit von der Stellung der Ventilanordnung in eingerücktem oder ausgerücktem Zustand halten zu können.

Bekannte Fluidkupplungen dieser Art (US-PSen 3 055 473, 3 174 600 und 3 339 689) weisen ein abtriebsseitiges Kupplungsorgan, eine damit unter Bildung einer Fluidkammer zusammenwirkende Abdeckung, eine die Fluidkammer in eine Arbeitskammer und eine Speicherkammer unterteilende Ventilplatte und ein antriebsseitiges Kupplungsorgan auf, das innerhalb der Arbeitskammer sitzt und mit Bezug auf das abtriebsseitige Kupplungsorgan drehbar ist. Das antriebsseitige und das abtriebsseitige Kupplungsorgan bilden einen Scherraum, wobei eine Drehung des antriebsseitigen Kupp-

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lungsorgans bewirkt, daß in dem Scherraum befindliches viskoses Fluid eine viskose Mitnahmekraft auf das abtriebsseitige Kupplungsorgan ausübt, wodurch letzteres in Drehung versetzt wird. Die Ventilplatte bildet eine Füllöffnung. Eine Ventilanordnung steuert den Fluidstrom von der Speicherkammer über die Füllöffnung in die Arbeitskammer. Typischerweise arbeitet die Ventilanordnung temperaturabhängig (wie in den vorstehenden Patentschriften gezeigt), so daß unterhalb einer bestimmten Außentemperatur die Ventilanordnung schließt, der größte Teil des viskosen Fluids aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer übergeht und die Fluidkupplung als "ausgerückt" zu betrachten ist. Über der vorbestimmten Temperatur öffnet sich die Ventilanordnung allmählich. Viskoses Fluid kann von der Speicherkammer in die Arbeitskammer übergehen und den Scherraum füllen, so daß die Kupplung "eingerückt" wird.

Konventionelle Fluidkupplungen der vorliegend betrachteten Art wurden mit einem verhältnismäßig kleinen Spiel zwischen dem Außenumfang des antriebsseitigen Kupplungsorgans und dem Innenumfang des abtriebsseitigen Kupplungsorgans ausgebildet, teils weil das viskose Fluid zwischen diesen benachbarten Flächen als Fluidlager wirkt, und teils um die verfügbare Scheroberfläche und das Drehmomentübertragungsvermögen zu maximieren. Obwohl die vorliegende Erfindung

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bei Fluidkupplungen verschiedenster AusfUhrungsform angewendet werden kann, eignet sie sich insbesondere für Fluidkupplungen, bei denen der Außenumfang des antriebsseitigen Kupplungsorgans und der Innenumfang des abtriebsseitigen Kupplungsorgans einander mit geringem Abstand gegenüberstehen. Ferner ist vorzugsweise irgendeine Art von Ventilanordnung vorgesehen, um den Fluidstrom in die Arbeitskammer zu steuern bzw. zu regeln, so daß die Kupplung entweder im eingerückten oder im ausgerückten Zustand betrieben werden kann.

Konventionelle Fluidkupplungen sind mit "vollem Außendurchmesser" ausgebildet; darunter soll verstanden werden, daß die Außenfläche des antriebsseitigen Kupplungsorgans und die Innenfläche des abtriebsseitigen Kupplungsorgans zylindrisch sind und über die gesamte axiale Abmessung der betref fenden Flächen einen maximalen Durchmesser haben. Ein antriebsseitiges Kupplungsorgan mit vollem Außendurchmesser sorgt bei eingerückter Fluidkupplung für eine maximale Drehmomentübertragung. Wenn die Kupplung jedoch ausgerückt ist, ergeben sich bei Verwendung eines antriebsseitigen Kupplungsorgans mit vollem Außendurchmesser verschiedene Probleme. Zu diesen Problemen gehört der sogenannte Kaltstart, zu dem es kommt, nachdem die Kupplung eine gewisse Zeitdauer außer Betrieb war und Fluid aus der Speicherkammer in die Arbeits-

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kammer geleckt ist, so daß die Kupplung arbeitet, als wenn sie eingerückt wäre, obwohl sie ausgerückt sein soll. Beim Hochlaufen der Kupplung in diesem Zustand vergeht typischerweise eine volle Minute oder mehr, bis hinreichend Fluid aus der Arbeitskammer zurück in die Speicherkammer gebracht ist, um die Drehzahl des abtriebsseitigen Kupplungsorgans auf den Normalwert für den ausgerückten Zustand abzusenken. Während dieser Zeitspanne ist das Arbeiten der Kupplung normalerweise nicht erwünscht, beispielsweise wenn die Kupplung den Lüfter des Kühlers einer Kraftfahrzeugmaschine antreibt und beim anfänglichen Starten der Kraftfahrzeugmaschine keine Kühlung benötigt wird. Dadurch, daß die Kupplung für eine Zeitspanne von mehreren Minuten eingerückt bleibt, und zwar typischerweise bis Drehzahlen von reichlich über 1OOO U/min erreicht sind, kommt es ferner zu einer störenden Geräuschentwicklung, insbesondere wenn man die Maschine bei hoher Leerlaufdrehzahl warmlaufen läßt. Ein damit verbundenes Problem ist die Abtriebsdrehzahl der Kupplung im ausgerückten Zustand. Eine relativ höhere Abtriebsdrehzahl im ausgerückten Zustand (als "Leerlaufdrehzahl" bezeichnet) bewirkt eine relativ höhere Energieaufnahme durch die Kupplung und den zugeordneten Kühllüfter, ohne daß daraus Nutzen gezogen wird.

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Aufgrund des Erfordernisses, bei Kraftfahrzeugen den Treibstoff wirkungsvoller auszunutzen, hat die Produktion von kleineren Wagen zugenommen. Solche Kraftfahrzeuge werden immer häufiger mit Viskositätslüfterantrieben ausgestattet, die aufgrund ihrer Fähigkeit, ausgerückt zu werden, wenn ein Kühlen der Maschine nicht erforderlich ist, den Gesamtenergieverbrauch wesentlich vermindern. Ein Ergebnis dieses Trends ist ein größeres Interesse an einer Verbesserung der Ausrückbetriebseigenschaften von Viskositätslüfterantrieben, insbesondere bezüglich der Leerlaufdrehzahl, die bei kleineren Kraftfahrzeugen in der Regel höher liegt, weil die entsprechend kleineren Lüfter mit einer relativ hohen Drehzahl angetrieben werden können und aufgrund einer kleinen Menge an viskosem Fluid im Scherraum einen wesentlichen Anteil der zugeführten Energie verbrauchen. Die Herabsetzung der Leerlaufdrehzahl in Richtung auf den Grenzwert (d. h. die Abtriebsdrehzahl, die allein auf Mitnahmekräfte im Lager zurückzuführen ist, während sich im Scherraum kein Fluid be-' findet) bedingt ein vollständigeres Herauspumpen von viskosem Fluid aus dem Scherraum. Ein Aspekt desMaximierens des Herauspumpens ist die Möglichkeit, eine hohe Leistungsfähigkeit des Abstreifers aufrecht zu erhalten, der einen Druckaufbau innerhalb der Arbeitskammer benachbart der Austrittsöffnung bewirkt, der seinerseits zur Folge hat, daß Fluid durch die Austrittsöffnung hindurch in die Speicherkammer strömt.

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Auf dem Gebiet der Viskositätslüfterantriebe hat man in dem Bemühen, die Leerlaufdrehzahl herabzusetzen, allgemein einen Weg eingeschlagen, der darin besteht, daß Auftreten von parallelen, dicht benachbarten Oberflächen an den antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungsorganen im Bereich von deren Umfang zu minimieren, oder in Fällen, wo solche parallele Oberflächen vorhanden sind, den Abstand zwischen ihnen zu erhöhen. Beispielsweise ist es bekannt (US-PS 3 990 556), den Außenumfang des antriebsseitigen Kupplungsorgans mit einer Folge von Kerben derart zu versehen, daß benachbarte Kerben aneinander unter Bildung einer Linie statt einer Fläche anschließen. In der betreffenden Literaturstelle ist darauf verwiesen, daß das restliche Fluid in der Arbeitskammer Drehmoment von dem antriebsseitigen Organ auf das abtriebsseitige Organ übertragen würde, falls irgendwelche Flächen anstelle einer Reihe von Kerben vorhanden wären.

In ähnlicher Weise wird in der älteren Patentanmeldung P 28 03 975.0 vorgeschlagen, die Innenfläche des abtriebsseitigen Organs zylindrisch auszubilden, während die Außenfläche des antriebsseitigen Kupplungsorgans kegelstumpfförmig ist, und zwar in erster Linie zwecks Herabsetzung des gegenseitigen Eingriffs der einander zugewendeten Umfangsflachen und zur Herabsetzung der Leerlaufdrehzahl.

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Ein von dritter Seite auf den Markt gebrachter Viskositätslüfterantrieb ist grundsätzlich in der oben diskutierten Weise mit vollem Außendurchmesser ausgebildet; dabei ist jedoch das Spiel im Bereich des Außendurchmessers (d.h. der Radialabstand zwischen der Außenfläche des antriebsseitigen Organs und der Innenfläche des abtriebsseitigen Organs) so weit vergrößert, daß, obwohl die Leerlaufdrehzahl vermindert wird, die Auspumpzeit wegen der verminderten Leistungsfähigkeit des Abstreifers erhöht ist, wie dies weiter unten noch näher erörtert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidkupplung zu schaffen, bei welcher das antriebsseitige und das abtriebsseitige Kupplungsorgan derart gestaltet sind, daß die Betriebskenngrößen im ausgerückten Zustand, insbesondere die Leerlaufdrehzahl, verbessert sind, ohne daß die Betriebsdaten im eingerückten Zustand, insbesondere die Spitzendrehzahl, nachteilig beeinflußt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Schaffung einer verbesserten Fluidkupplung gelöst, die ein erstes drehbares Organ, eine zusammen mit dem ersten Organ eine Fluidkammer bildende Abdeckung, eine die Fluidkammer in eine Arbeitskammer und eine Speicherkammer unterteilende Ventilplatte und ein zweites drehbares Organ aufweist, das in der Arbeitskammer sitzt. Das zweite Organ hat zu der Drehachse im wesentlichen

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senkrecht verlaufende erste und zweite Wandflächen, die in einem gegenseitigen axialen Abstand T liegen, sowie eine zwischen den ersten und zweiten Wandflächen verlaufende ringförmige Außenfläche. Der Ventilplatte ist eine Ventilanordnung zum Steuern des Fluidstroms von der Speicherkammer zu der Arbeitskammer zugeordnet, während der Ventilanordnung eine vorzugsweise temperaturabhängig ansprechende Einrichtung zugeordnet ist, die für eine Betätigung der Ventilanordnung in Abhängigkeit von Änderungen eines vorbestimmten Zustandes, insbesondere eines Temperaturzustandes, sorgt. Das erste Organ hat eine im wesentlichen ringförmige Innenfläche mit einer axialen Ausdehnung, die größer als T ist, wobei mindestens ein größerer Teil dieser Innenfläche mit der Drehachse einen ersten eingeschlossenen Winkel bildet. Mindestens ein größerer Teil der Außenfläche des zweiten Organs bildet mit der Drehachse einen zweiten eingeschlossenen Winkel und steht in geringen Abstand von dem größeren Teil der Innenfläche über mindestens einen Teil der axialen Ausdehnung. Der zweite eingeschlossene Winkel ist ungefähr gleich dem oder größer als der erste eingeschlossene Winkel.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen axialen Querschnitt einer typischen

Fluidkupplung, für die sich die erfindungsgemäße Ausbildung eignet,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilansicht einer bekannten Fluidkupplung, wie sie zur Bestimmung der im folgenden angegebenen Vergleichstestdaten benutzt wurde, und

Fig. 3 in größerem Maßstab eine Teilansicht ähnlich Fig. 1, jedoch in einer anderen Ebene.

Fig. 1 zeigt die bevorzugte Ausführungsform einer Fluidkupplung, die in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet werden kann. Die Fluidkupplung weist ein antriebsseitiges Kupplungsorgan 11 und ein abtriebsseitiges Kupplungsorgan 13 auf. Vorliegend ist die Fluidkupplung als Antrieb für ein Zusatzgerät einer Kraftfahrzeugmaschine veranschaulicht, und zwar speziell als Antrieb für den Lüfter des Kühlers. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf eine spezielle Kupplungsausbildung oder -anwendung beschränkt ist,

Die Fluidkupplung weist eine Antriebswelle 15 auf, auf der das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 sitzt und die beispielsweise über einen Flansch 17 angetrieben wird, der bei

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der vorliegenden Ausführungsform 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 Lagers 21 abgestützt ist, das in einer Mittelöffnung des abtriesseitigen Kupplungsorgans 13 sitzt.

Das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 hat die Form einer Scheibe mit einer Nabe 23, 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 Festsitz eingreift. Die Nabe 23 wird auf die Welle 15 gepreßt, bis sie an der Stirnseite des inneren Laufringes des Lagers 21 anliegt. Das abtriebsseitige (in Fig. 1 links liegende) Ende der Welle 15 wird dann aufgeweitet, um das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 auf der Welle festzulegen, so daß eine Drehung der Welle 15 zu einer Drehung des antriebsseitigen Kupplungsorgans 11 führt.

Das abtriebsseitige Kupplungsorgan 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 wird. An der Abdeckung 27 ist ein Ventilschaft 35 drehbar abgestützt, an dessen innenliegendem (in Fig. 1 rechten) Ende

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ein Ventilarm 37 angebracht ist, dessen Ausbildung und Arbeitsweise an sich bekannt sind (US-PS 3 055 473). Die Abdeckung 27 weist einen Deckel 39 auf, der bei der veranschaulichten Ausführungsform von einem einteiligen Metallstanzteil gebildet wird. Mit der Außenfläche des Deckels 39 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.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Ausbildung der Ventilanordnung beschränkt, 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.

Unter Bezugnahme auf die Fig, 3 in Verbindung mit Fig. 1 ist zu erkennen, daß das antriebsseite Kupplungsorgan 11 eine vordere Wandfläche 49 und eine abgesetzte vordere Wandfläche 51 benachbart dem Außenumfang des Kupplungsorgans 11 bildet. Die abgesetzte vordere Wandfläche 51 läßt einen freien Raum

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für einen Abstreiferabschnitt 53 entstehen, der beim Stanzen der Ventilplatte 29 als Teil der Platte ausgebildet werden oder ein Bauteil sein kann, das im Anschluß an den Stanz— Vorgang mit der Ventilplatte verscheißt wird. Der Abstreiferabschnitt 53 erzeugt in bekannter Weise einen Bereich erhöhten Fluiddrucks benachbart der hinteren Kante des Abstreiferabschnitts 53, weil das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 und das in der Arbeitskammer 31 befindliche Fluid mit höherer Drehzahl als das abtriebsseitige Kupplungsorgan 13 rotieren. Benachbart der hinteren Kante des Abstreiferabschnitts 53 bildet die Ventilplatte 29 eine (in den Figuren 1 und 3 nicht dargestellte) Austrittsöffnung, so daß der in der Arbeitskammer 31 herrschende erhöhte Fluiddruck bewirkt, daß Fluid durch die Austrittsöffnung hindurch in die Speicherkammer 33 strömt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, bildet das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 eine hintere Wandfläche 55, während das abtriebsseitige Kupplungsorgan 13 mit einer Wandfläche 57 versehen ist, die in geringem Abstand von der hinteren Wandfläche 55 liegt. Die Wandflächen 55 und 57 begrenzen gemeinsam eine Mehrzahl von konzentrischen, ineinandergreifenden, ringförmigen Stegen und Nuten, die in bekannter Weise ihrerseits einen. Seherraum bilden. Die ineinandergreifenden Stege und Nuten werden in erster Linie vorgesehen, um den verfügbaren Scherraum und

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die Drehmomentübertragungsleistung der Kupplung zu maximieren; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine spezielle Ausgestaltung des Scherraums begrenzt.

Das abtriebsseitige Kupplungsorgan 13 weist eine ringförmige Innenfläche 61 mit einem zylindrischen Abschnitt 63 und einem kegelstumpfförmigen Wandabschnitt 65 auf. Das antriebsseitige Kupplungsteil 11 bildet eine ringförmige Außenfläche mit einem zylindrischen Wandabschnitt 71 und einem kegelstumpfförmigen Wandabschnitt 73. Die vordere Wandfläche 49 und die hintere Wandfläche 55 des antriebsseitigen Kupplungsorgans 11 liegen in einem gegenseitigen Axialabstand T, so daß die axiale Ausdehnung der ringförmigen Innenfläche 61 etwas größer als T ist. Der kegelstumpfförmige Wandabschnitt 65 sollte mindestens einen größeren Teil der gesamten Innenfläche 61 ausmachen und eine axiale Ausdehnung von mindestens ungefähr 0,7 T haben. Die Gründe dafür sind im Folgenden noch näher erläutert. In ähnlicher Weise sollte der kegelstumpfförmige Wandabschnitt 73 mindestens einen größeren Teil der gesamten ringförmigen Außenfläche des antriebsseitigen Kupplungsorgans 11 bilden und eine axiale Ausdehnung von mindestens ungefähr 0,5 T haben.

Theoretisch kann es von Vorteil sein, daß sich der kegelstumpf förmige Wandabschnitt 73 in Fig. 3 weiter nach oben und nach rechts erstreckt, bis er die abgesetzte vordere .Wand-

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fläche 51 erreicht, so daß der zylindrische Wandabschnitt 71 entfällt. Der Wandabschnitt 71 ist jedoch vorzugsweise vorgesehen, um das antriebsseitige Kupplungsorgan 11 während seiner Bearbeitung halten zu können. Eine spitz zulaufende Kante am Außenumfang des Kupplungsorgans 11 würde ferner während der normalen Handhabung im Rahmen des Fertigungsprozesses leicht beschädigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Axialabmessung des zylindrischen Wandabschnitts 71 · ungefähr 1,27 mm.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Vorhandensein eines abgewinkelten oder kegelstumpfförmigen
Wandabschnitts sowohl am antriebseitigen Kupplungsorgan 11
als auch am abtriebsseitigen Kupplungsorgan 13. Der kegelstumpf förmige Wandabschnitt 65 bildet zusammen mit der Drehachse der Vorrichtung einen eingeschlossenen Winkel A, während der kegelstumpfförmige Wandabschnitt 73 zusammen mit der Drehachse einen eingeschlossenen Winkel B bildet. Unter dem Begriff "eingeschlossener Winkel" soll vorliegend ein Winkel
verstanden werden_#der größer als 0 , aber kleiner als 90 ist.

Während der Entwicklung der vorliegenden Erfindung zeigte es sieht, daß die beiden eingeschlossenen Winkel A und B innerhalb eines erheblichen Bereichs variiert werden können, ohne daß das Betriebsverhalten der Fluidkupplung ernsthaft beeinträchtigt wird. Obwohl der von dem kegelstumpfförmigen Innen-

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wandabschnitt 65 definierte eingeschlossene Winkel A bis herab zu 5 bis 10 betragen kann, liegt er vorzugsweise im Bereich von ungefähr 20° bis ungefähr 60°. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der eingeschlossene Winkel A als Winkel von 45° veranschaulicht. Auch der von dem kegelstumpf förmigen Außenwandabschnitt 73 gebildete eingeschlossene Winkel B kann kleine Werte von nur 5° bis 10° haben, wobei noch immer eine Fluidkupplung mit verbesserten Betriebseigenschaften im ausgerückten Zustand erhalten wird. Vorzugsweise liegt der eingeschlossene Winkel B jedoch ebenfalls im Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 60 . Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein Winkel von 45° vorgesehen.

Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die eingeschlossenen Winkel A und B innerhalb der angegebenen Bereiche unabhängig voneinander variiert werden können. Im Hinblick auf das Betriebsverhalten scheint es jedoch nicht zu besonderen Vorteilen zu führen, wenn der eingeschlossene Winkel B größer oder kleiner als der eingeschlossene Winkel A gemacht wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 verlaufen die kegelstumpfförmigen Wandabschnitte 65 und 73 im wesentlichen parallel zueinander. Entgegen dem in der jüngsten Entwicklung auf dem einschlägigen Fachgebiet festzustellenden Trend liegen ferner die Wandabschnitte 65 und 73 in geringem gegenseitigem Abstand, um im eingerückten Zustand für eine maximale Scherfläche und

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größtes Drehmomentübertragungsvermögen zu sorgen. Unter dem Begriff "im geringen gegenseitigen Abstand" soll bezüglich der Wandabschnitte 65 und 73 vorliegend verstanden werden, daß die Wandabschnitte 65 und 73 ausreichend dicht beieinander liegen, um dazwischen befindliches viskoses Fluid mindestens einen gewissen Mindestbetrag an Drehmoment von dem antriebsseitigen Kupplungsorgan 11 auf das abtriebsseitige Kupplungsorgan 13 übertragen zu lassen. Es zeigte sich, daß vorteilhaft mit einem Abstand zwischen den Wandabschnitten 65 und 73 (Außendurchmesserspiel O.D.CL.) im Bereich von ungefähr 0,50 mm gearbeitet werden kann.

Wenn die eingeschlossenen Winkel A und B etwas voneinander verschieden sind, verlaufen die Wandabschnitte 65 und 73 nicht parallel. Durch Verwenoung des Begriffs "in geringem gegenseitigem Abstand" soll hinsichtlich der Wandabschnitte 65 und 73 nur zum Ausdruck gebracht werden, daß die Wandabschnitte über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung dicht beieinander liegen.

Wenn die beschriebene Fluidkupplung im ausgerückten Zustand arbeitet, das heißt, wenn der Ventilarm 37 die Füllöffnung abdeckt und die Austrittsöffnung freigibt, ist es, wie oben erläutert, erwünscht, einen möglichst großen Teil des viskosen Fluids aus der Arbeitskammer 31 herauszupumpen. Das Fluid, das aus der Arbeitskammer 31 herausgepumpt wird, ist

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im wesentlichen das Fluid, das mittels der Zentrifugalkraft durch den von der hinteren Wandfläche 55 und der Wandfläche 57 gebildeten Scherraum hindurch radial nach außen getrieben wird. Bezugnehmend auf die in Fig. 2 dargestellte bekannte Ausbildung mit stark vergrößertem Außendurchmesserspiel läßt sich leicht einsehen, daß das den Scherraum verlassende und in das Außendurchmesserspiel eintretende Fluid die Neigung hat, eine Fluidschicht auszubilden, die durch Zentrifugalkraft gegen die Innenfläche des abtriebsseitigen Kupplungsorgans gehalten wird. In dem Bemühen, die Leerlaufdrehzahl herabzusetzen, wurde das Außendurchmesserspiel soweit vergrößert, bis es größer als die Dicke der Fluidschicht war, wodurch der Kontakt zwischen der Fluidschicht und der Außenfläche des antriebsseitigen Kupplungsorgans im wesentlichen aufgehoben wurde. Dieses größere Außendurchmesserspiel (kleinerer Durchmesser des antriebsseitigen Kupplungsorgans) hatte jedoch zur Folge, daß ein Teil des Abstreifers radial außerhalb von der Außenfläche des antriebsseitigen Kupplungsorgans zu liegen kommt, wodurch die Leistungsfähigkeit des Abstreifers vermindert und die Leerpumpdauer vergrößert wird.

Fig. 3 läßt erkennen, daß es wegen der schräg verlaufenden Wandabschnitte 65 und 73 unmöglich ist, daß die Zentrifugalkraft eine Schicht aus viskosem Fluid mit dem gleichen Volumen wie in Fig. 2 gegen den zylindrischen Oberflächenabschnitt hält.

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Obwohl die kegelstumpfförmigen Wandabschnitte 65 und 73 in den Figuren 1 und 3 im Querschnitt als geradlinig veranschaulicht sind, können die Wandabschnitte 65 und 73 im Rahmen der Erfindung von der veranschaulichten geradlinigen Ausgestaltung in gewissen Grenzen abweichen. Beispielsweise können die Wandabschnitte 65 und 73 abgeknickt sein, das heißt jeweils beispielsweise aus zwei Oberflächenabschnitten bestehen, von denen jeder einen anderen eingeschlossenen Winkel mit Bezug auf die Drehachse bildet. Einer der Wandabschnitte 65 und 73 oder beide diese Wandabschnitte können im Querschnitt auch leicht gekrümmt sein. Wesentlich ist die kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Wandabschnitte 65 und 73.

Um die Verbesserung der Betriebseigenschaften im ausgekuppelten Zustand deutlich zu machen, die unter Anwendung der Erfindung erreicht werden können, sind im folgenden Versuchsdaten zusammengestellt, anhand deren die erfindungsgemäße Ausbildung gemäß Fig. 3 mit der bekannten Anordnung nach Fig. 2 verglichen wird. Bis zu der vorliegend erläuterten Erfindung war"die Anmelderin der Auffassung, daß die bekannte Anordnung gemäß Fig. 2 im wesentlichen die günstigste Ausbildung darstelle, was die Betriebseigenschaften im ausgerückten Zustand, insbesondere die Leerlaufdrehzahl, anbelangt.

Zur Ermittlung der angegebenen Versuchsdaten wurden 11 Muster-

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einheiten angefertigt, wobei die Muster Nr. 1 bis 6 die bekannte Ausbildung gemäß Fig. 2 haben, während die Muster Nr. 7 bis 11 erfindungsgemäß entsprechend Fig. 3 ausgestaltet waren. Bei dem Zusammenbau der Einheiten wurden die verschiedenen Spiele gemessen, die im ersten Teil der Datentabelle .angegeben und in den Fig. 2 und 3 entsprechend bezeichnet sind. Das Abstreiferspiel (W.CL.) ist der Abstand zwischen dem Abstreiferabschnitt 53 und der abgesetzten vorderen Wandfläche 51. Im allgemeinen zeigte es sich, daß der Abstreiferwirkungsgrad zunimmt, wenn das Abstreiferspiel kleiner wird. Das Außendurchmesserspiel (O.D.CL.) wird bei der bekannten Vorrichtung in Radialrichtung gemessen, während bei der Ausbildung nach der Erfindung die Messung senkrecht zu den Wandabschnitten 65 und 73 erfolgt. In jedem Fall handelt es sich dabei um die Breite des Spalts zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen Kupplungsorgan. Das bodenseitige Spiel (B.E.) ist der Abstand zwischen der hinteren Wandfläche 55 und der Wandfläche 57. Das kopfseitige Spiel. (T.E.) ist der Abstand zwischen der Ventilplatte 29 und der vorderen Wandfläche 49. Beide Spiele werden allgemein als relevant für die Leerlaufdrehzahl (das heißt die Drehzahl des abtriebsseitigen Kupplungsorgans bei ausgerückter Kupplung) erachtet. Für jede Mustereinheit wurden zwei Versuche durchgeführt, und zwar einer mit einer Antriebsdrehzahl von 3500 1/min. und einer mit einer Antriebsdrehzahl von 4500 1/min.

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Bei jeder Antriebsdrehzahl wurde die Abtriebsdrehza'hl für Leerlauf (ausgerückter Zustand) und Spitze (eingerückter Zustand) gemessen; ferner wurde das Verhältnis P/l, das heißt, das Verhältnis von Spitzendrehzahl zu Leerlaufdrehzahl, errechnet. Bekanntlich stellt das P/l-Verhältnis einen wichtigen Hinweis auf die Fähigkeit einer Einheit dar, mit verminderter Leerlaufdrehzahl zu arbeiten, ohne daß es zu einem Verlust der Spitzendrehzahl kommt. In der letzten Spalte der Tabelle ist die Zeit (in Sekunden) angegeben, die die Einheit für das Auspumpen, das heißt für den Übergang vom eingerückten in den ausgerückten Zustand, bei einer Antriebsdrehzahl von 2000 1/min. benötigt. Die Auspumpdauer sollte selbstverständlich möglichst klein sein. Bei jeder der Mustereinheiten handelte es sich um einen Lüfterantrieb der Eaton Serie 140, dem Typ, wie er in der Praxis bei dem Chevrolet Chevette verwendet wird, jedoch hinsichtlich der Muster Nr. 1 bis 6 mit den in der Tabelle genannten Außendurchmesser spielen, die größer als im Falle der auf dem Markt befindlichen Einheiten sind. Jede Einheit war mit dem gleichen 320 mm-Lüfter ausgerüstet und enthielt das gleiche Volumen an Fluid von 2000 cSt. Die letzte Zeile gibt die prozentuale Verbesserung an, die durch die erfindungsgemäße Ausbildung hinsichtlich der Leerlaufdrehzahl, des P/l-Verhältnisses und der Auspumpdauer erzielt wird. Die in der Tabelle angegebenen Daten für das Spiel sind durchweg in mm gemessen.

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	Muster	W.CL.	Spiel	B.E.	T.E.	Antriebsdrehzahl 3500 1/min	Spitze	P/1	Antriebsdrehzahl 4500 1/min	Spitze	ρ/ι	Auspump-
	Nr.	0,483	O.D.	0,584	1 ,041	Lee rl.	2700	1 ,64	Lee rl.	3050	1 ,85	dauer
	1	0,356	1 ,168	0,610	0,914	1650	2820	1 ,71	1650	3250	2,10	27
	2	0,305	1 ,194	0,584	0,914	1660	2800	2,00	1550	3050	2,03	36
	3	0,356	1 ,194	0,483	0,991	1400	2850	1 ,84	1500	3150	1 ,91	27
β>	4	0,356	1 ,143	0,559	0,965	1550	2850	2,11	1650	3300	2,28	33
O <O	5	0,381 0,373	1 ,270	0,508 0,554	0,965 0,965	1350	2730 2792	2,02 1 ,87	1450	3060 3143	2,00 2,02	23
882/C	6 Mittel		1 ,219 1 ,199			1350 1492			1530 1550			30 29,3 '
OO		0,356		0,737	0,864		2700	2,45		3000	2,31	UI
o> -a	7	0,406	1 ,118	0,737	0,864	1100	2700	2,35	1300	2900	2,44	22 '
	8	0,406	1 ,016	0,737	0,889	1150	2750	2,12	1350	3000	2,22	19
	9	0.406	0,991	0,584	0,965	1300	2750	2,20	1350	3100	2,30	24
	10	0,356	1 ,143	0,737	0,889	1250	2750	2,29	1350	3050	2,44	24
	11	0,386	1 ,016	0,706	0,894	1200	2730	2,28	1250	3010	2,28	18
	Mittel	1 ,057		1200	1320	21 ,4

%-Verbesserung durch Erfindung

1 9,6°/o

21,9% 15,1%

12,9% 27,0%

Bei Betrachtung der obigen Daten und der prozentualen Verbesserung für die Leerlaufdrehzahl ist zu berücksichtigen, daß der Einfluß von Mitnahme durch Lagerreibung nicht berücksichtigt wurde. Beispielsweise zeigte es sich bei den untersuchten Einheiten, daß dann, wenn in der Einheit absolut kein Fluid vorhanden war, die Einheit noch immer eine Leerlaufdrehzahl von mindestens ungefähr 800 1/min aufgrund von
Lagermitnahmekräften (der Mitnahmekraft des Lagers 21 in
Fig. 1) hatte. Bei einem Nachrechnen der prozentualen Verbesserung unter Berücksichtigung von Lagermitnahmekräften
könnte daher der Wert von 800 1/min als Nullpunkt oder als Wert der möglichen absolut minimalen Leerlaufdrehzahl zugrunde gelegt werden. Beispielsweise zeigten bei einer Antriebsdrehzahl von 3500 1/min die bekannten Vorrichtungen im Mittel eine Abtriebsdrehzahl von 692 1/min (1492 - 800) über "Null", während bei der Ausführungsform nach der Erfindung im Mittel eine Abtriebsdrehzahl von 400 1/min (1200 - 800) über "Null" erzielt wurde, was eine tatsächliche Verbesserung (Abnahme) von 292 1/min darstellt. Diese Herabsetzung der
Leerlaufdrehzahl in Richtung auf die kleinstmögliche Drehzahl stellt eine Verbesserung von 42 % dar. Eine ähnliche Nachrechnung kann für die anderen prozentualen Angaben gemacht werden, um zu aussagekräftigeren Werten zu kommen.

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eerseite

Claims

Ansprüche

(b) eine zusammen mit dem ersten Organ eine Fluidkammer bildende Abdeckung;

(c) eine Ventilplatte, die die Fluidkammer in eine Arbeitskammer und eine Speicherkammer unterteilt;

(d) ein in der Arbeitskammer sitzendes und gegenüber dem ersten Organ drehbares zweites Organ, das zu der Drehachse der beiden Organe im wesentlichen senkrechte erste und zweite Wandflächen sowie eine zwischen den ersten und zweiten Wandflächen verlaufende, im wesentlichen ringförmige Außenfläche aufweist;

(e) eine der Ventilplatte zugeordnete Ventilanordnung zum Steuern des Fluidstroms zwischen der Speicherkammer und der Arbeitskammer, sowie eine der Ventilanordnung zugeordnete Einrichtung, mittels deren die Ventilanordnung in Abhängigkeit von Änderungen eines vorbestimmten Zustandes betätigbar ist;

(f) wobei das erste Organ eine im wesentlichen ringförmige

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

ORIGINAL INSPECTED

Innenfläche hat und mindestens ein größerer Teil dieser Innenfläche mit der Drehachse einen ersten eingeschlossenen Winkel bildet; und

(g)wobei mindestens ein größerer Teil der Außenfläche des zweiten Organs mit der Drehachse einen zweiten eingeschlossenen Winkel bildet, der größere Teil der Außenfläche und der größere Teil der Innenfläche über mindestens einen Teil derselben in geringem gegenseitigem Abstand stehen und der zweite eingeschlossene Winkel ungefähr gleich dem oder größer als der erste eingeschlossene Winkel ist.
2. Fluidkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der Innenfläche von einer ersten im wesentlichen kegelstumpfförmigen Fläche gebildet ist.
3. Fluidkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Organ eine der zweiten Wandfläche des zweiten Organs benachbart liegende und mit dieser einen Scherraum begrenzende Wandfläche bildet, wobei die ersten und zweiten Wandflächen des zweiten Organs einen axialen Abstand T haben.
4. Fluidkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste im wesentlichen kegelstumpfförmige Oberfläche in

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2S27331

Axialrichtung über eine Strecke von mindestens ungefähr O₁75 T verläuft und der erste eingeschlossene Winkel zwischen ungefähr 20 und ungefähr 6O beträgt.
5. Fluidkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der Außenfläche von einer zweiten im wesentlichen kegelstumpfförmigen Oberfläche gebildet ist.
6. Fluidkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite im wesentlichen kegelstumpfförmige Oberfläche in Axialrichtung über eine Strecke von mindestens ungefähr 0,5 T verläuft und der zweite eingeschlossene Winkel zwischen ungefähr 20 und ungefähr 6O beträgt.
7. Fluidkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der ersten und zweiten eingeschlossenen Winkel ungefähr 45 beträgt.
8. Fluidkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte in geringem Abstand von der ersten Wandfläche des zweiten Organs liegt und eine benachbart der Innenfläche angeordnete Austrxttsoffnung bildet, die Fluid von der Arbeitskammer zur Speicherkammer gelangen läßt.

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INSPECTED

-A-
9. Fluidkupplung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Abstreiferanordnung, die mit Bezug auf die Austrittsöffnung derart angeordnet ist, daß innerhalb der Arbeitskammer benachbart der Austrittsöffnung ein Bereich erhöhten Fluiddruckes ausgebildet wird.
10. Fluidkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der Außenfläche und der größere Teil der Innenfläche zwischen sich einen Scherraum begrenzen, der über einen größeren Teil seiner Ausdehnung eine Dicke im Bereich von ungefähr O,5 mm bis ungefähr 2 mm hat.

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