DE2850027C2

DE2850027C2 - Flüssigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE2850027C2
Application number: DE2850027A
Authority: DE
Inventors: Richard E. Glasson; Jerre F. Columbus Ind. Lauterbach
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1982-08-19
Also published as: GB2011588A; US4133417A; ES475550A1; IT7830855A0; AU520551B2; DE7834288U1; SE438017B; CA1092460A; IT1192598B; GB2011588B; MX4081E; FR2412750A1; SE7813251L; IN150921B; JPS55617B2; JPS5491674A; AU4234478A; DE2850027A1; FR2412750B1; BR7807818A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Flüssigkeitsreibungskupplung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US-PS 07 819 bekannt. Bei dieser Flüssigkeitsreibungskupplung besteht das Pumpenelement aus einem Abstreifstein, der durch eine Feder gegen eine seitliche Randfläche einer Scheibe gedruckt wird. Hierbei ist eine axiale Bewegung des Fumpenelementes möglich, indem das Pumpenelement der axialen Bewegung des Scheibenrandes folgt. Während zwar ein Verklemmen der Scheibe verhindert wird, verursacht der durch die Feder erzeugte Federdruck einen erheblichen Verschleiß der Scheibe und bewirkt einen sogenannten »slip-slic-Effekt«.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs genannten ίο Art zu schaffen, bei der die Beeinflussung der relativen Drehbewegung zwischen der Scheibe und dem Gehäuse durch das Pumpenelement auf ein Minimum reduziert wird und so gut wie kein Verschleiß am äußeren Scheibenrand durch das Pumpenelement verursacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung folgt das Pumpenelement der axialen Bewegung des Scheibenrandes im wesentlichen ohne Widerstand und arbeitet praktisch verschleißfrei. Insbesondere wird der Scheibenrand nicht einseitig belabtet. Das Pumpenelement gleicht damit axiale Relativbewegungen zwischen der rotierenden Scheibe und dem Gehäuse aus.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung hat jiniachen Aufbau und ist wirkungsvoll in der Aufrechterhaltung einer geeigneten Kupplungsbeziehung zwischen den rotierenden Teilen. Hinsichtlich des Pumpenelementes wird eine ausreichende Abstreifwirkung zwischen dem Zapfen und dem äußeren Umfang der Scheibe sichergestellt, ohne daß eine Unwucht an der Scheibe erzeugt wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen einer Flüssigkeitsreibungskupplung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil einer Flüssigkeitsreibungskupplung in Schnittdarstellung, wobei der Schnitt durch die Drehachse durch die Kupplungsteile gelegt ist,

Fig. la ein temperaturgesteuertes Ventil für eine durch das Ventil verschließbare öffnung, F i g. 2 ein Pumpenelement der Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß F i g. 1 in perspektivischer Ansicht,

F i g. 3 eine Darstellung des Pumpenelements nach F i g. 2 in Vorderansicht,

F i g. 4 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. la,und

F i g. 5 und 6 abgewandelte Ausführungsformen des Pumpenelements in perspektivischer Ansicht.

In den Fig. 1 und la ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung 10 dargestellt, die insbesondere zum Ankuppeln und Abkuppeln an bzw. von einem externen Gebläse ausgebildet ist, das bei einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dgl. verwendet wird.

Wenn die Flüssigkeitsreibungskupplung 10 als Gebläsekupplung benutzt wird, befindet sie sich normalerweise hinter einem nicht dargestellten Kühler und ist mittels geeigneter Lager 11 in einem hülsenförmigen Vorsprung 12a gelagert, der am vorderen Ende des Motorblocks 12 ausgebildet ist. In dem Lager 11 ist ein Ende 13a einer Achswelle 13 untergebracht.

Das andere Ende der Achswelle 13 ist mit einem sich radial erstreckenden scheibenförmigen Flansch 14 versehen. Ein äußerer peripherer Flanschabschnitt 14a des Flansches 14 ist gegenüber einem inneren zentralen Abschnitt 14ώ aufrechtstehend um einen kleinen Betrag

nach vorne versetzt.

Der äußere pheriphere Flanschabschnitt 14a ist zwischen einem Paar komplementärer Einheiten 15 und 16 angeordnet und mittels einer Vielzahl symmetrisch angeordneter Befestigungseinrichtungen 17 mit diesen Einheiten verbunden. Die Einheit 15 ist mit einem hülsenförmigen Abschnitt 15' verseilen, dessen äußerer Teil in Abstand voneinander angeordnete ringförmige Nuten 15a, 156 für die Aufnahme nicht dargestellter Antriebsriemen aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Abschnitt 15' zumindest teilweise den Vorsprang 12a.

Die Einheiten 15,16, der Flansch 14 und die Achswelle 13 bilden zusammen ein Gehäuse für die Flüssigkeitsreibungskupplung, velches nachstehend mit H bezeichnet ist.

Ein wesentlicher Teil der inneren Oberfläche 16a der Einheit 16 wirkt mit einem entsprechenden gegenüberliegenden Teil der inneren Oberfläche des Flansches 14 zusammen und bildet mit diesem eine ringförmige Flüssigkeitskammer C

Die Flüssigkeitskammer C bildet ihrerseits einen engen äußeren Antriebsbereich CW und einen weiteren, inneren Bereich CW; diese beiden Bereiche stehen ständig miteinander in Verbindung.

In der Flüssigkeitskammer C ist eine Scheibe 18 drehbar gelagert Die Scheibe 18 weist einen scheibenförmigen Ring 18a sowie eine Achswelle 186 auf, welche sich nach einer Seite hin axial erstreckt. Die Achswelle 186 ist in einem Hülsenteil 166 untergebracht. Das Hülsenteil 166 bildet einen Teil der Einheit 16. Innerhalb des Hülsenteils 166 ist ein geeigneter Einsat: 20 angeordnet. Auf das vordere Ende der Achswelle 186 ist ein Ansatzstück 21 aufgeschrumpft oder anderweitig befestigt, an dem eine Vielzahl symmetrisch angeordneter Gebläseflügel ^befestigt sind.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der innere Bereich CVV der Flüssigkeitskammer C, der auf einer Seite des Ringes 18a angeordnc* ist, durch eine Trennwand 22. in eine erste und zweite Flüssigkeitsvorratskammer R\ und R₂ unterteilt. Die Trennwand 22 ist an der Einheit 16 befestigt und dreht sich mit dieser. Die Trennwand 22 weist eine zentrale öffnung auf, die bündig das innere Ende des Hülsenteils 166 umfaßt. Zusätzlich zu der zentralen Öffnung ist die Trennwand 22 mit einer öffnung P versehen, in die ein Rohrstück Γ eingesetzt ist. Das eine Ende Γι des Rohrstücks Γ endet in der Flüssigkeitsvorratskammer Ru während das entgegengesetzte Ende T₂ in der Flüssigkeitsvorratskammer R₂ ' endet.

An dem Ende Γι des Rohrstückes Γ ist ein temperaturgesteuertes Ventil V angeordnet, das an der Einheit 16 befestigt ist und sich mit dieser dreht. Die Flüssigkeitsvorratskammer R\ steht mit der Flüssigkeitsvorratskammer R2 nur dann in Verbindung, wenn das Ventil Vdas Rohrende Γι offenhält bzw. sich in einer solchen Lage befindet, daß das Rohrende Γι geöffnet ist, wie in Fig. la gezeigt ist. Eine Bewegung des Ventils V gegenüber dem Rohrende T\ kann durch ein Bimetallteil S, das Teil des Ventils Kist, bewirkt werden.

In Verbindung mit der Flüssigkeitsvorratskammer R₁ steht ein Kanal 23 der Einheit 16. Der Kanal 23 erstreckt sich vorzugsweise von der Flüssigkeitsvorratskammer R\ radial nach außen zu einem zylindrischen Hohlraum 24, der an einem peripheren Abschnitt des Antriebsbereichs CN der Flüssigkeitskammer C angrenzt und mit diesem in Verbindung steht. Die Längsachse des Hohlraumes 24 ist im wesentlichen parallel zur Drehachse der Scheibe 18. Teile des Hohlraumes 24 erstrecken sich in ax'aler Richtung jeweils um eine bestimmte Strecke in entgegengesetzten Richtungen über den Antriebsbereich CN der Flüssigkeitskammer C hinaus.

In dem Hohlraum 24 befindet sich als Pumpenelement ein langgestreckter Zapfen 25. der als Abstreifer für das dickflüssige Fluid dient, das an den gegenüberliegend angeordneten, radial äußeren Umfangsflächen der to Scheibe 18 haftet, wenn zwischen dem Gehäuse H und der Scheibe 18 eine Drehung erfolgt.

Die gegenüberliegenden Oberflächen des Ringes 18a sind mit einem geeigneten Lagermaterial X, z. B. Aluminium, versehen. Die Dicke des Lagermaterials ist so gewählt, daß ein enger Durchgang Y auf jeder Seite des Ringes 18a zwischen der freien Oberfläche des Materials X und der angrenzenden Oberfläche des Gehäuses Hgebildet wird. Innerhalb der Durchgänge Y befindet sich ein Film viskosen Fluids. Bei einer Relativdrehung zwischen dem Gehäuse H und der Scheibe 18 strömt das Fluid, das sich in der Vorratskammer angesammelt hat, aufgrund der Zentrifugalkraft aus der Vorratskammer R₂ über die Durchgänge Kin den Hohlraum 24 und von dem Hohlraum 24 durch den inneren Kanal 23 zu der Vorratskammer R\. Aufgrund der Viskosität des Fluids und der Enge der Durchgänge Y ist die Durchströmungsgeschwindigkeit durch die Durchgänge Y niedrig. Wenn die Menge an Fluid in der Vorratskammer R₂ erschöpft ist, wird die Fluidmenge in den Durchgängen Y ebenso vermindert, mit der Folge, daß der Kupplungseffekt zwischen dem Gehäuse H und der Scheibe 18 verringert wird und zwischen letzteren ein Schlupf entsteht. Dementsprechend wird die Drengeschwindigkeit der Gebläseflügel F vermindert, bis die Temperatur in der Nähe des Ventils V bis auf einen gewissen Punkt ansteigt und das Ventil V öffnet (Fig. la), so daß das Fluid aus der Vorratskammer R\ das aus der Vorratskammer R₂ abgezogene bzw. ausgeströmte Fluid ersetzt. Der Zapfen 25 weist bezüglich des Hohlraumes 24 eine derartige Größe auf, daß ein Schiebesitz erhalten ist. Der Zapfen 25 weist in seiner Mitte einen Schlitz 25a auf, der nach drei Seiten hin offen ist und besitzt eine im wesentlichen zu der äußeren Umfangsfläche des Ringes 18a korrespondierende Form, wie aus Fig. 2 und 4 hervorgeht. Gemäß F i g. 2 sind die Umfangsflächen der freien Oberflächen des Materials X, das auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Scheibe 18 angeordnet ist bzw. mit dem die gegenüberliegenden Oberflächen der Scheibe 18 beschichtet sind, jeweils mit einer ringförmigen Stufe oder einem ringförmigen Absatz X\ versehen. Ein Vorteil dieser Stufen besteht darin, daß die dadurch gebildeten Abschnitte außerhalb des Schlitzes 25a mit den angrenzenden Oberflächen des Gehäuses H zusammenwirken und ringförmige Ausnehmungen Zn Z₂ bilden, in denen sich das Fluid ansammelt, bevor es durch den Zapfen 25 in den Hohlraum 24 abgeführt wird.

Um das Abführen des in den Ausnehmungen Zi, Z₂ angesammelten Fluids in den Hohlraum 24 zu erreichen, ist das Äußere des Zapfens 25 mit einer langgestreckten flächigen Abschrägung 256 versehen, die sich in Längsrichtung nach beiden Seiten des Schlitzes 25a zu den Enden des Zapfens 25 erstreckt. Die Abschrägung 256 ist in entgegengesetzter Beziehung zu dem Ring 18a angeordnet und erzeugt auf diese Weise einen Absperreffekt gegenüber dem Fluid, das an den Oberflächen des Schichtmaterials X anhaftet und das

von den um den Schlitz 25a herum angeordneten Abschnitten des Zapfens 25 berührt und abgezogen wird, so daß der auf das Fluid im Hohlraum 24 ausgeübte Druck zunimmt, wodurch dieses aus dem Hohlraum 24 in die Vorratskammer R\ strömt.

Den Fig. 1 und la ist zu entnehmen, daß die Länge des Zapfens 25 kleiner als die Länge des Hohlraumes 24 ist. Falls bei einer Relativbewegung zwischen dem Gehäuse Wund der Scheibe 18 ein axiales Spiel auftritt, können sich der Zapfen 25 und die Scheibe 18 als Einheit bewegen, ohne daß die Abstreifwirkung zwischen dem Zapfen 25 und dem Ring 18a der Scheibe 18 nachteilig beeinflußt wird.

Wie in F ig. 4 dargestellt ist, ist die Tiefe des Schlitzes 25a so gewählt, daß das Fluid, das an der äußeren gebogenen Kante fdes Ringes 18a anhaftet, von dieser abgestreift wird, sobald die radiale Umiangsfiäche des Ringes 18a bzw. der Scheibe 18 durch den Schlitz 25a hindurchläuft.

Verschiedene Abwandlungen des Zapfens 25 sind in den Fig.5 und 6 dargestellt und mit 125 bzw. 225 bezeichnet. Der Zapfen 125 hat eine Form wie der Zapfen 25, mit der Ausnahme, daß in dem Zapfen 125 ein langgestreckter innerer Kanal 125c ausgebildet ist, der sich über die gesamte Länge des Zapfens 125 erstreckt und die entgegengesetzten Enden des Hohlraumes 24 miteinander verbindet und einen Einschluß des abgestreiften Fluids in dem in den Fig. 1, la dargestellten rechten Endabschnitt des Hohlraumes 24 verhindert. Die Teile des Zapfens 125, die den Teilen des Zapfens 25 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern unter Voranstellung einer Ziffer »1« versehen.

Der Zapfen 225 ist mit einem zentralen Schlitz 225a versehen, der die radiale Umfangsfläche der Scheibe 18 aufnimmt. Anstelle mit einer Abschrägung 256 ist der Zapfen 225 mit einer Vielzahl langgestreckter, symmetrisch angeordneter bzw. gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneter Rippen 225t/ versehen, die einen Schiebesitz innerhalb des Hohlraumes 24 gewährleisten. Die Ausnehmungen am Außenumfang des Zapfens 225 und zwischen den Rippen 225c/ sind gegenüber der Oberfläche des Hohlraumes 24, an dem die Rippen 225c/ anliegen, zurückgesetzt und dienen zur Verbindung der gegenüberliegenden Enden bzw. Endabschnitte des Hohlraumes 24.

Um eine ausreichende Schmierung zwischen der Achswelle 186 und dem Einsatz 20 zu gewährleisten, kann die Achswelle 186 mit einem langgestreckten inneren Kanal 18c versehen sein, durch den unter Druck stehendes öl strömt In ähnlicher Weise kann das Lager 11 für die Achswelle 13 durch eine Schrnicrölströmung durch einen Kanal 126 in geeigneter Weise geschmiert werden, wobei der Kanal 126 in dem Vorsprung 12a des Motorblocks 12 angeordnet ist. In das freie Ende des Kanals 126 kann, gemäß Fig. 1, ein Absperrorgan 12c eingeschraubt sein.

Ein ähnliches nicht dargestelltes Teil kann in das freie Ende des Kanals 18c eingeschraubt sein.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der Ring 18a der Scheibe 18 mit einer Vielzahl von Öffnungen 186 versehen, die eine Verbindung zwischen den auf beiden Seiten des Rings 18a angeordneten Teilen des inneren Bereichs ClV der Flüssigkeitskammer C schaffen. Ferner wird durch die Rücksetzung der Oberfläche des zentralen Abschnittes 146 des Flansches 14 ein Abstand zwischen dem inneren Ende der Achswelle 186 und der Flanschoberfläche 146 geschaffen. Der durch den Abstand entstehende Raum ist mit Fluid gefüllt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Palentansprüche:

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem drehbar gelagerten Gehäuse, das eine Flüssigkeitskammer bildet, in der eine relativ zum Gehäuse drehbare Scheibe angeordnet ist, deren zumindest äußerer Randbereich mit den zugeordneten Innenflächen des Gehäuses über einen Flüssigkeitsfilm zusammenwirkt und die eine Flüssigkeitsvorratskammer aufweist, die durch einen Kanal mit einem am Randbereich der Scheibe wirksamen Pumpenelement in ständiger, mit der Flüssigkeitskammer dagegen über eine durch ein temperaturgesteuertes Ventil verschließbare öffnung nur bei erhöhter Flüssigkeitstemperatur in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement als ein die radial äußere Umfangsflache und die sich anschließenden stnnseitigen .Randbereiche der Scheibe (18) umgreifender Zapfen (25; 125; 225) ausgebildet ist, der in einem radial außerhalb dieser Umfangsfläche im Gehäuse (H) angeordneten Hohlraum (24) parallel zur Drehachse axial verschiebbar gelagert ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (25, 125) als mit einer sich über seine gesamte axiale Länge an seinem Außenumfang erstreckenden flächige Abschrägung (25b; X25h) versehener Zylinderzapfen ausgebildet ist, der einen sich quer zur Zapfenlängsachse erstreckenden Schlitz (25a; 125a; 225a) aufweist, durch den sich der äußere Rand der Scheibe (18) hindurcherstreckt.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (25a; 125a; 225a,) sich etwa in der Mitte des Zapfens (25; 125; 225) befindet.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (24) zu beiden Seiten des Zapfens (25, 125, 225) jeweils Ausnehmungen (Zi, Z2) angeordnet sind, die in ständiger Flüssigkeitsvei bindung miteinander stehen.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an eine der Ausnehmungen der zur Vorratskammer (R\) führende Kanal (23) anschließt.

6. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (18) einen ringförmigen Absatz (X₁) aufweist.

7. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (125) einen sich über die gesamte Länge des Zapfens (125) erstreckenden Kanal (125ς> aufweist, der mit dem Hohlraum (24) in Verbindung steht.

8. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (225) langgestreckte, symmetrisch angeordnete und gleichmäßig über den Umfang verteilte Rippen (225d) aufweist.