DE3009665A1

DE3009665A1 - Fluessigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE3009665A1
Application number: DE19803009665
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Hauser
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1981-09-24
Also published as: FR2478237A1; FR2478237B1; US4432444A; JPS56138530A; GB2071823B; GB2071823A; DE3009665C2

Description

^ 11. März 1980

O 79-B-19

EZDP/Heu/Bü.

Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Pr. Behr GmbH & Co. KG Mauserstr. 3_f D - 7000 Stuttgart 30

Flüssigkeitsreibungskupplung

Die Erfindung geht aus von einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie beispielsweise durch die DE-PS 12 84 186 bekannt wurde.

Bei derartigen Kupplungen wird das Drehmoment zwischen der primärseitigen Antriebsscheibe und dem sekundärseitigen Gehäuse, das beispielsweise einen Lüfter trägt, durch die Scherkräfte eines viskosen Fluids übertragen, das sich im Spalt zwischen der Antriebsscheibe und dem Kupplungsgehäuse befindet. Die Grosse des übertragbaren Drehmomentes hängt von der Menge des Arbeitsmediums ab, das sich in den beiden Spalten zwischen Antriebsscheibe und Kupplungsgehäuse befindet, also vom Füllungsgrad der Kupplung. Um eine metallische Berührung, d.h. ein Fressen zwischen Antriebsscheibe und Kupplungsgehäuse zu vermeiden, sind derartige bekannte Antriebsscheiben häufig mit nicht-metallischen Belägen versehen. Zwischen diesen segmentförmig ausgebildeten Belägen sind Kanäle für die radial nach aussen gerichtete Strömung des Arbeitsmediums vorgesehen; somit wird eine gleichmässige Verteilung des Arbeitsmediums im Bereich der Spalte auch bei Teilfüllungsgraden erzielt. Darüber hinaus haben insbesondere Korkbeläge die Eigenschaft, sich mit dem Arbeitsmedium vollzusaugen und damit auch eine gleichmässige Verteilung des Arbeitsmediums zu gewährleisten. 130039/0344

-6-

-'■ie-- " * 11. März 1980

G 79-B-19

EZDP/Heu/BÜ.

Derartige Beläge sind jedoch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus nicht vorteilhaft, da sie zusätzliche Kosten verursachen.

Man hat daher - wie durch die DE-AS 26 02 608 bekannt wurde - bereits auf solche Reibbeläge auf der Antriebsscheibe verzichtet. Dabei ergaben sich jedoch Nachteile bezüglich des Drehzahlverhaltens während der Zuschaltphase der Kupplung bei einer bestimmten Temperatur. Diese unerwünschten Drehzahlschwankungen, die mit unangenehmer Geräuschentwicklung verbunden waren, sollten dadurch beseitigt werden, dass ein temperaturempfindlicher Magnetschalter vorgesehen wurde, der zu einem schlagartigen öffnen des Ventils für das Arbeitsmedium führte. Diese Art der Schwärz/Weiss-Schaltung ist jedoch nicht immer erwünscht, da sie zu einem ruckartigen Zuschalten der Kupplung und damit zu Drehmomentstössen führt.

Die bekannten Flüssigkeitsreibungskupplungen mit belagloser, glatter Antriebsscheibe weisen neben dem erwähnten Nachteil der Drehzahlschwankung im Zuschaltbereich, d.h. bei Teilfüllung, ferner den Nachteil auf, dass sie verzögert zu- oder abschalten. Das verzögerte Zuschalten der Kupplung kann bei Verwendung der Kupplung für Lüfter von Brennkraftmaschinen zu einer überhitzung des Motors führen. Das verzögerte Abschalten des Lüfters erhöht den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges und verlängert die Zeitdauer der Geräuschbelästigung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäss der im Oberbegriff beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, dass die Kupplung mit einer Antriebsscheibe bzw. Arbeitsflächen

130039/0344

-7-

3009665 11. März 1980 79-Β-19 EZDP/Heu/Bu.

ohne die herkömmlichen Beläge arbeitet und dass gleichzeitig die erwähnten nachteiligen Drehzahlschwankungen im Übergangsbereich sowie ein verzögertes Zu- oder Abschalten vermieden werden. Diese Aufgabe wird zunächst grundsätzlich durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1-4 gelöst. Durch die erfindungsgemässe Aufrauhung der Arbeitsflächen von Antriebsscheibe und/oder Kupplungsgehäuse werden die Drehzahlschwankungen während des Zuschaltens vermieden. Die Kupplung erhöht vielmehr kontinuierlich ihre Drehzahl bei zunehmender öffnung des Ventils, dh. bei zunehmendem Füllungsgrad. Darüber hinaus schaltet die Kupplung mit aufgerauhten Arbeitsflächen innerhalb einer kürzeren Zeitspanne nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur zu. Ferner hat sich als weiterer Vorteil ergeben, dass durch die Aufrauhung der Arbeitsflächen ein höheres Drehmoment bei gleicher Zähigkeit des Arbeitsmediums oder das gleiche Drehmoment bei einer niedrigeren Zähigkeit des Arbeitsmediums übertragen werden kann; durch Verwendung eines Arbeitsmediums mit niedrigerer Viskosität ergibt sich ein besseres Zuschaltverhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 bis 15 angegeben. Danach kann die aufgerauhte Oberfläche sowohl metallisch als auch nicht-metallisch sein und durch verschiedene technologische Verfahren erzielt werden. Alle Verfahren, also Aufrauhstrahlen, Schruppdrehen, Rändeln, Ätzen, Giessen oder Aufbringen einer rauhen Beschichtung zeichnen sich durch Einfachheit und damit durch Wirtschaftlichkeit aus. Dieser Gesichtspunkt ist gerade bei einem derartigen Massenprodukt, wie einer Flüssig-

130039/0344

—.Q _

Üii. Marz

79-B-19 EZDP/Heu/Bü

keitsreibungskupplung für Kraftfahrzeuge, von Bedeutung .

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

Figur 1 eine Flüssigkeitsreibungskupplung im Schnitt, Figur 2 die Antriebsscheibe im Schnitt,

Figur 3 die Antriebsscheibe in einer Halbansicht und

Figur 4 einen Ausschnitt aus dem Arbeitsflächenprofil der Antriebsscheibe.

Figur 1 zeigt die Flüssigkeitsreibungskupplung, die mit einer erfindungsgemäss aufgerauhten Antriebsscheibe 2 ausgerüstet ist. Derartige Flüssigkeitsreibungskupplungen werden vorzugsweise für den Antrieb von Lüftern für das Kühlsystem von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Antriebsscheibe 2 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle 1 verbunden, die ihrerseits von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, z.B. von deren Kurbelwelle, angetrieben wird. Auf der Antriebswelle 1 ist das Kupplungsgehäuse 3 mittels eines Doppelrillenkugellagers 23 drehbar gelagert und axial fixiert - damit wird eine Konstanthaltung der Arbeitsspaltbreiten gewährleistet und ein Anlaufen der Arbeitsflächen vermieden. Das Kupplungsgehäuse 3 wird durch einen Gehäusedeckel 4 abgeschlossen und trägt einen nicht dargestellten Lüfter, der beispielsweise hinter dem Kühler eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und für die notwendige Kühlluftförderung sorgt.

18G039/0344

-9-

Xl.-Harz 1980

79-B-19 EZDP/Heu/BÜ.

Im Gehäusedeckel 4 ist eine Trennwand 5 vorgesehen, die eine Ventilöffnung 6 aufweist, die ihrerseits über den Ventilhebel 7 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Durch diese Trennwand 5 wird das Innere des Kupplungsgehäuses 3 und 4 in eine Vorratskammer 8 und eine Arbeitskammer 9 unterteilt, aus der das Arbeitsmedium über den Staukörper 10 und den Rücklaufkanal 11 wieder in den Vorratsraum 8 gelangt.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die Antriebsscheibe 2 einerseits im Schnitt und andererseits in einer Halbansicht, wie sie in Figur 1 in die Flüssigkeitsreibungskupplung eingebaut ist. Die ersten Arbeitsflächen 15 und¹ 16 beiderseits der Antriebsscheibe 2 sind dabei als gesondert bearbeitete Kreisringflächen erkennbar. Versetzt angeordnet gegenüber der vorderen Arbeitsfläche 15 ist eine am äussersten Umfang der Antriebsscheibe 2 befindliche Kreisringfläche 21, mit der der Staukörper 10 in Eingriff steht und für das Abpumpen des Arbeitsmediums sorgt. Die Antriebsscheibe 2 weist ferner mehrere auf dem Umfang angeordnete, radial verlaufende Langlöcher auf, die für einen Durchtritt des Arbeitsmediums von der Vorderseite 15 zur Rückseite 16 vorgesehen sind.

Ausserhalb des Deckels 4 befindet sich ein an sich bekanntes temperaturabhängiges Stellglied, das im vorliegenden Falle als Bimetallstreifen 12 ausgebildet ist, der von der Kühlluft beaufschlagt wird. Der Bimetallstreifen überträgt seine Verformung unter dem Einfluss der Temperaturänderung auf einen Schaltstift 13, der seinerseits den Ventilhebel 7 gegen eine Druckfeder betätigt und damit die Ventilöffnung 6 schliesst bzw. öffnet. In der Vorratskammer 8 befindet sich das Arbeitsmedium, ein viskoses Fluid, das beispielsweise unter

130039/0344

-10-

'-11. März 79-B-19 EZDP/Heu/Bü.

der Handelsbezeichnung Dow Corning 211 Fluid oder Wacker Siliconöl AK im Handel erhältlich ist. Diese üblicherweise bei Flüssigkeitsreibungskupplungen für Kraftfahrzeuge verwendeten Siliconöle haben eine Viskosität im Bereich von 1.000 bis 60.000 Centistoke. Das Arbeitsmedium tritt beim öffnen der Ventilöffnung aus der Vorratskammer 8 in die Arbeitskammer 9, d.h. in die Arbeitsspalte 19 und 20, die sich zwischen den Arbeitsflächen 17 des Gehäusedeckels 4 und 18 des Kupplungsgehäuses 3 einerseits und den Arbeitsflächen 15 und 16 der Antriebsscheibe 2 befinden. Sobald das Arbeitsmedium diese Arbeitsspalte teilweise oder ganz füllt, wird ein Drehmoment infolge der auftretenden Scherkräfte zwischen der Antriebsscheibe 2 und dem Kupplungsgehäuse 3 übertragen. Durch die Zentrifugalkraft wird das Arbeitsmedium aus den Arbeitsspalten, radial nach aussen verdrängt und dort über einen Staukörper 10 abgepumpt.

Die eigentliche Erfindung ist nun aus Figur 4 erkennbar, die eine Einzelheit bei A der Arbeitsfläche 15 zeigt. Die ersten Arbeitsflächen 15 und 16 der Antriebsscheibe 2 und auch die zweiten Arbeitsflächen 17 und des Kupplungsgehäuses 3 und 4 sind erfindungsgemäss aufgerauht, und zwar in der Weise, dass gemäss DIN 4 762, Blatt 1, ein bestimmter Mittenrauhwert R nicht unter-

schritten wird. Dieser Mittenrauhwert R bestimmt sich

CL

nach DIN 4 762, Blatt 1, Seite 2, nach folgender Formel:

dx

X = O

130039/0344

-11-

11. März 1980

79-B-19

E ZDP/Heu/Bü.

Die Beträge h. sind die Abstände des eingezeichneten Ist-Profils vom mittleren Profil, das als strichpunktierte Linie in Figur 4 eingezeichnet ist. Dieser genormte Mittenrauhwert R kann durch Abtasten der Oberfläche

mit handelsüblichen Messgeräten direkt ermittelt werden.

Die überraschende Wirkung dieser erfindungsgemässen Aufrauhung der Arbeitsflächen besteht nun darin, dass die Arbeitsflächen 15, 16, 17 und 18 gleichmässiger und besser kontrollierbar benetzt bzw. die Arbeitsspalte und 20 gleichmässiger als bei den vorbekannten glatten Scheiben gefüllt werden. Wenn also der Ventilhebel 7 die Ventilöffnung 6 zunächst teilweise freigibt und damit nur eine geringe Menge des Arbeitsmediums aus dem Vorratsraum 8 in die Arbeitsspalte 19 und 20 eindringt, ergibt sich kontinuierlich eine gleichmässige Füllung der Arbeitsspalte 19 und 20, so dass es auch zu einem kontinuierlichen Ansteigen der Drehzahl des Kupplungsgehäuses 3 kommt. Damit werden die vorbekannten, unerwünschten DrehzahlSchwankungen während dieser Zuschaltphase der Kupplung vermieden. Offenbar waren diese vorbekannten Drehzahlschwankungen darauf zurückzuführen, dass das aus der Vorratskammer 8, die mit relativ niedriger Drehzahl, zum Beispiel 1.500 UpM, umlief, über die Ventilöffnung 6 austretende Arbeitsmedium von der mit relativ hoher Drehzahl, also beispielsweise 5.000 UpM, umlaufenden Antriebsscheibe sofort nach aussen abgeschleudert wurde, wobei dieser Vorgang äusserst instabil und unkontrollierbar war. Bei den vorbekannten Kupplungen waren also die Arbeitsspalte in der Zuschalt- oder Übergangsphase für kurze Zeit teilweise gefüllt und dann wieder entleert, so dass es zu den unerwünschten DrehzahlSchwankungen kam. Durch diese erfindungsgemässe Aufrauhung der Arbeits-

130039/0344

-12-

'-12- '" " ·" "' 11. März 1980

79-Β-19 EZDP/Heu/Bü.

flächen wird nun eine gleichmässige Benetzung und eine gleichmässige Füllung der Arbeitsspalte erreicht, d.h. es kommt nicht mehr zu dem unkontrollierbaren Abschleudern des Arbeitsmediums und den damit verbundenen Drehzahlschwankungen. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Aufrauhung der Arbeitsflächen ergibt sich, dass der Zuschalt- bzw. Abschaltpunkt der Kupplung besser vorherbestiiranbar und damit kontrollierbarer wird. Durch das gleichmässige Befüllen und auch Entleeren der Arbeitsspalte schaltet die Kupplung zu dem vorherbestimmten Zeitpunkt ein.bzw. aus, so dass es nicht zu einer Überhitzung des Motors bzw. zu einem unnötigen Kraftstoffverbrauch oder Geräuschentwicklung kommt. Infolge der gleichmässigen Benetzung der Arbeitsflächen ergibt sich ferner ein grösseres übertragbares Drehmoment bei Verwendung der gleichen Arbeitsflüssigkeit, d.h. mit gleicher Zähigkeit, und bei gleichen Spaltbreiten. Bei vorgegebenem, zu übertragenden Drehmoment kann daher die Viskosität des Arbeitsmediums niedriger gewählt werden, so dass man ein genauer bestimmbares Zuschaltverhalten der Kupplung erhält. Die erfindungsgemäs se Aufrauhung der Arbeitsflächen kann - wie in den vorstehenden Ansprüchen angegeben - durch die verschiedensten Verfahren erzielt werden. Als besonders vorteilhaft in der Auswirkung auf die Benetzung der Arbeitsflächen hat sich unter den verschiedenen Verfahren das Aufrauhstrahlen erwiesen.

Wenn der Staukörper 10 mittels Federdruck an die abgesetzte Kreisringfläche 21 angepresst wird, muss diese glatt bleiben und daher beim Aufrauhen abgedeckt werden. Sieht man jedoch zwischen Kreisringfläche 21 und Staukörper 10 einen definierten Spalt vor, so dass

130039/0344

-13-

I 30

11. März 1980

79-Β-19

EZDP/Heu/Bü.

keine Berührung stattfindet, dann kann auch die äussere Kreisringfläche 21 aufgerauht werden. Dies hat den Vorteil, dass die rauhe Kreisringfläche 21 das Arbeitsmedium besser mitnimmt und somit eine bessere Pumpwirkung erzielt. Dadurch wird das Abschaltverhalten der Kupplung noch weiter verbessert.

Die Erfindung ist übrigens nicht auf ebene Arbeitsflächen beschränkt, sondern ebenso vorteilhaft auch bei zylindrischen oder konischen Arbeitsflächen, z.B. bei einer topfförmig ausgebildeten Antriebsscheibe, anwendbar.

130039/0344

;11. März 1980 ' 79-B-19 EZDP/Heu/Bü.

Bezugszahlenliste

Antriebswelle Antriebsscheibe Kupplungsgehäuse Kupplungsgehäusedeckel Trennwand Ventilöffnung Ventilhebel Vorratskammer Arbeitskammer Staukörper Rücklaufkanal Bimetall Schaltstift Druckfeder erste Arbeitsfläche, Vorderseite erste Arbeitsfläche, Rückseite zweite Arbeitsfläche, Vorderseite zweite Arbeitsfläche, Rückseite vorderer Arbeitsspalt hinterer Arbeitsspalt Kreisringfläche Langloch Kugellager

130039/0344

Claims

11. März 1980

79-B-19

EZDP/Heu/Bü.

Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG Mauserstr. 3, D - 7000 Stuttgart 30

Ansprüche

/l.'Flüssigkeitsreibungskupplung mit primärseitiger Antriebsscheibe mit mindestens einer ersten Arbeitsfläche und sekundärseitigem gegenüber der Antriebsscheibe drehbaren Gehäuse mit mindestens einer zweiten Arbeitsfläche, wobei sich zwischen erster und zweiter Arbeitsfläche ein Spalt zur Aufnahme eines viskosen Fluids befindet, das dem Spalt über ein temperaturabhängig steuerbares Ventil zuführbar und über einen Staukörper wieder entziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Arbeitsfläche jeweils aufgerauhte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauhten Oberflächen (15, 16; 17, 18) Mitten' rauhwerte von R ^* 5 μπι (1 μΐη = 0,001 mm) auf we i-

α.

sen.

130033/0344

-2-

-11. März 1980 79-B-19 EZDP/Heu/Bü.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauhten Oberflächen (15, 16; 17,18) Mittenrauhwerte von R <e 2000 μπι (1 μπι = 0,001 mm)

aufweisen.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauhten Oberflächen (15, 16; 17, 18) Mittenrauhwerte von 5 μι ^ E ^ 50 μπι (Ι μπι =

el

0,001 mm) aufweisen.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder

2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, dass die aufgerauhten Oberflächen (15,16;17,18) metallische Oberflächen sind.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgerauhten Oberflächen (15,16;17,18) Kunststoffoberflächen sind.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder oder 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflächen aufrauhgestrahlte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder oder 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Arbeitsflächen durch Schruppdrehen erzeugte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

130039/0344

-3-

11. März 1980

79-B-19

EZDP/Heu/Bü.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Drehriefen 0/4 bis 1,2 nun beträgt.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Arbeitsflächen durch Rändelung erzeugte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Arbeitsflächen durch chemische Behandlung (Ätzen) erzeugte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

12. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Arbeitsflächen durch den Qiessprozess mittels entsprechend ausgebildeter Giessformen erzeugte Oberflächen (15,l6;17,18) aufweisen.

13. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, dass die Arbeitsflächen durch Aufbringung einer körnigen Beschichtung erzeugte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

14. Flüssigkeizsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, dass die Arbeitsflächen durch Aufbringung einer faserigen Beschichtung erzeugte Oberflächen (15, 16; 17, 18) aufweisen.

130039/0344

-4-

-4- 11. März 1980 '

79-B-19
EZDP/Heu/Bü.

15» Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Antriebsscheibe (2)
. eine gegenüber der ersten Arbeitsfläche (15) axial
versetzt angeordnete Kreisringfläche (21) gegenüber dem gehäuseseitig angeordneten Staukörper (10) aufweist und dass die Kreisringfläche (21) und die
Arbeitsflächen (15, 16; 17, 18) die gleiche Rauhigkeit haben.

130039/0344

-5-