DE3109724C2 - - Google Patents

Description

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

Bei einer bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art (DE-OS 29 20 187) sitzen die Elektromagnetspule und der Anker auf der Seite der Flüssigkeitsreibungskupplung, die von der mit dem ersten Kupplungsteil drehfest verbundenen Welle abgewendet ist. Die Elektromagnetspule und der Anker sind in einem Gehäuse untergebracht, das an dem zweiten Kupplungsteil auf dessen Außenseite drehbar gelagert ist. Der Anker ist als becherförmiges Bauteil ausgebildet, welches die Elektromagnetspule übergreift und mit einem dazu konzentrischen Zapfen verbunden ist, der seinerseits an dem zweiten Ven­ tilteil befestigt ist. Bei der bekannten Kupplung stellt der Anker ein relativ großvolumi­ ges und schweres Bauteil dar. Um dieses Bauteil und den zusätzlichen Zapfen zu ver­ stellen, ist eine vergleichsweise große Elektromagnetspule mit relativ hoher Leistungs­ aufnahme notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsreibungskupplung zu schaf­ fen, die mit einer vergleichsweise kleinen Spule geringer Leistungsaufnahme für das Verstellen des Ankers auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einer Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils dieses Anspruchs gelöst.

Weil der Anker in eine Axialöffnung der Welle und eine Axialöffnung der in dem Hohl­ raum der Welle untergebrachten Spule hineinragt, kann ein relativ leichter Anker be­ nutzt werden, der sich mittels einer verhältnismäßig kleinen Spule von niedriger Lei­ stungsaufnahme sicher verstellen läßt. Ein zusätzliches Spulengehäuse entfällt. Bevor­ zugte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung und eine bevorzugte Anwendung dieser Kupplung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Die Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung eignet sich insbesondere zum An­ kuppeln eines Fahrzeugmotors oder eines vom Motor angetriebenen Organs an ver­ schiedene Zubehörgeräte, beispielsweise die Wasserpumpe, das Kühlergebläse und der­ gleichen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsreibungskupplung ist in­ folgedessen nachstehend in Verbindung mit dem Antrieb eines Kühlergebläses be­ schrieben. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt der Flüssigkeitsreibungskupplung sowie einen Teil der die Kupplung tragenden Wasserpumpe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, die im einzelnen das Ventilteil erkennen läßt, das für eine selektive Fluid­ verbindung zwischen der Arbeitskammer und der Speicherkammer sorgt,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei das Ventilteil in Seitenansicht im offenen Zustand veranschaulicht ist, und

Fig. 4 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Spule und des Ankers.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Flüssigkeitsreibungskupplung 10 hat die Aufgabe, von der Wasserpumpe 11 eines Fahrzeugs aus einen Lüfter 12 anzutreiben. Die Wasser­ pumpe 11 wird ihrerseits in bekannter Weise von dem nicht dargestellten Kraftfahr­ zeugmotor angetrieben. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 10 weist ein antriebsseitiges erstes Kupplungsteil 14 und ein abtriebsseitiges zweites Kupplungsteil 16 auf, die gegen­ einander drehbar sind. Das erste Kupplungsteil 14 wird von der Wasserpumpe 11 ange­ trieben; es dreht sich dabei in einer Arbeitskammer 18, die zwischen den Kupplungstei­ len 14 und 16 ausgebildet wird. Das erste Kupplungsteil 14 weist einen radial verlaufen­ den Abschnitt 20 auf, und es ist mit einer zu der Drehachse 24 der Kupplung 10 konzentrischen Welle 22 durch eine Preßpassung oder auf andere zweckentsprechende Weise drehfest verbunden. Die Welle 22 verläuft in Axialrichtung.

Die Welle 22 ist mit einem Flansch 26 versehen. Der Flansch 26 ist über Schrauben 28 mit einem Flansch 29 der Wasserpumpe 11 verbunden. Eine axial gerichtete Öffnung 30 des Flanschs 26 kann die Wasserpumpenwelle 32 aufnehmen. Der Flansch 26 dient der Montage der Kupplung 10 an der Wasserpumpe 11 des Fahrzeugs. Dabei wirkt die axiale Öffnung 30 mit der Welle 32 der Wasserpumpe 11 zusammen, um den Flansch 26 koaxial zu der Drehachse 24 der Wasserpumpenwelle 32 und der Kupplung 10 zu zentrieren. Wenn sich der Flansch 26 mit der Abtriebswelle 32 der Wasserpumpe 11 dreht, werden die axial verlaufende Welle 22 und der radial gerichtete Abschnitt 20 des Kupplungsteils 14 mitgenommen.

Bei einer Drehung des ersten Kupplungsteils 14 wird auf das relativ dazu drehbare zweite Kupplungsteil 16 Drehmoment über ein fließfähiges Schermedium, beispielsweise ein fließfähiges Silikon, übertragen. Das Kupplungsteil 16 weist einen scheibenförmigen Teller 38 und einen plattenartigen Deckel 40 auf. Auf dem Deckel 40 können nicht ver­ anschaulichte Kühlrippen sitzen. Der Deckel 40 und der Teller 38 sind am Umfang in beliebiger Weise miteinander verbunden. Eine Dichtung 42 ist vorgesehen, um ein Auslecken des Fluids zu verhindern. Das Kupplungsteil 14 bildet gemeinsam mit dem Kupplungsteil 16 die Arbeitskammer 18, innerhalb deren sich das Silikonfluid befindet. Der Teller 38 ist in seinem mittleren Teil mit einer ringförmigen Öffnung 44 versehen, durch die die Welle 22 hindurchreicht. Ein Lager 48 befindet sich zwischen dem Rand der Öffnung 44 und der Außenfläche der Welle 22, um das Kupplungsteil 16 drehbar mit Bezug auf die Welle 22 abzustützen. Das Lager 48 weist einen inneren Lagerring 56 auf, der mit der Welle 22 des Kupplungsteils 14 drehfest verbunden ist. Zu dem Lager 48 ge­ hört ferner ein mit dem Kupplungsteil 16 drehfest verbundener äußerer Lagerring 58. Das Lager 48 erlaubt eine relative Drehbewegung zwischen den Kupplungsteilen 14 und 16.

Der Lüfter 12 ist mit dem Teller 38 über Schrauben 60 verbunden. Die Flügel des Lüf­ ters 12 lassen, wenn sich das Kupplungsteil 16 dreht, in bekannter Weise Luft zum Küh­ ler des Fahrzeugs strömen. Der Teller 38 ist mit Scherflächen in Form einer Mehrzahl von konzentrischen, ringförmigen Kupplungsstegen 62 versehen, die in der Arbeits­ kammer 18 sitzen. Der radial verlaufende Abschnitt 20 des Kupplungsteils 14 weist ebenfalls Scherflächen in Form von mehreren ringförmigen, konzentrischen Kupplungs­ stegen 64 auf. Die Kupplungsstege 64 überlappen sich in axialer Richtung mit den Kupplungsstegen 62 des Kupplungsteils 16, so daß die zwischen den Stegen des einen Kupplungsteils belindlichen Nuten die Stege des anderen Kupplungsteils aufnehmen, und umgekehrt, wobei die zwischen den Stegen befindliche Arbeitskammer ausgebildet wird. Die Kupplungsstege 62, 64 sind in einer solchen Lage angeordnet, daß dann, wenn sich zwischen den Stegen 62, 64 Öl oder ein anderes viskoses Fluid, beispielsweise Sili­ konöl, befindet, Drehmoment von dem Kupplungsteil 14 auf das Kupplungsteil 16 durch Flüssigkeitsreibung oder eine hydromechanische Kupplungswirkung übertragen werden kann. Das Fluidvolumen in der Arbeitskammer 18 bestimmt den Grad der Kopplung und der relativen Drehung zwischen den Kupplungsteilen 14 und 16.

In bekannter Weise (US-PS 30 55 473) ist ferner mit dem Kupplungsteil 16 eine Pumpanordnung verbunden. Die Pumpanordnung ist am Umfangsbereich des Tellers 38 angebracht und sorgt für einen Fluidstrom von der Arbeitskammer 18 zu einer Spei­ cherkammer 70, die zwischen dem radial verlaufenden Abschnitt 20 des Kupplungsteils 14 und einer Trennwand 21 gebildet wird, welche mit dem Abschnitt 20 drehfest verbun­ den ist. Ein bei 71 schematisch angedeuteter Fluiddurchlaß ist in dem Abschnitt 20 des Kupplungsteils 14 vorgesehen. Er sorgt für eine Fluidverbindung zwischen der Arbeits­ kammer 18 und der Speicherkammer 70. Die Pumpanordnung dreht sich zusammen mit dem Kupplungsteil 16, um in bekanner Weise Fluid von der Arbeitskammer 18 aus durch den Fluiddurchlaß 71 hindurch in die Speicherkammer 70 zu pumpen.

Eine Ventilanordnung 80 hat die Aufgabe, den Fluidstrom von der Speicherkammer 70 zur Arbeitskammer 18 zu steuern. Die Ventilanordnung 80 weist eine Ventilöffnung 81 und ein Ventilteil 82 auf (Fig. 2 und 3). Das Ventilteil 82 sitzt auf einem einen Anker 84 bildenden Ventilschaft; es ist in axialer Richtung parallel zur Drehachse 24 verstell­ bar. Das Ventilteil 82 kann von einer Stellung, in der es den Fluidstrom durch die Ven­ tilöffnung 81 hindurch absperrt, in eine Stellung gebracht werden, in welcher das Ventil­ teil 82 in Abstand von der Ventilöffnung 81 liegt, so daß Fluid von der Speicherkammer 70 zur Arbeitskammer 18 strömen kann, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Mittels des Ventilteils 82 kann also die Ventilöffnung 81 abgedeckt und freigegeben werden, um den Fluidstrom von der Speicherkammer 70 zur Arbeitskammer 18 selektiv zu steuern und in der Arbeitskammer 18 für ein entsprechendes Fluidvolumen zu sorgen und so die Kupplungsteile 14 und 16 miteinander zu kuppeln.

Der Anker 84 verläuft koaxial zu der Drehachse 24; er befindet sich innerhalb einer ko­ axialen Öffnung 85 der Welle 22. In der Öffnung 85 kann eine Auskleidung oder Durch­ führung 87 angeordnet sein, um den Anker 84 zu führen. Der Anker 84 kann in einer Richtung parallel zur Drehachse 24 verstellt werden, um das Ventilteil 82 von einer er­ sten Stellung, in welcher es die Öffnung 81 versperrt, in eine zweite Stellung zu bringen, in welcher es in Abstand von der Ventilöffnung 81 liegt und Fluid durch die Öffnung 81 durchtreten läßt. In der Welle 22 ist ein Hohlraum 86 ausgebildet. Der Hohlraum 86 ist zylindrisch; er liegt koaxial zur Drehachse 24 und nimmt eine Elektromagnetspule 88 auf. Ein magnetisches Flußführungsteil 90 sitzt innerhalb des Hohlraums 86 und am einen Ende der Spule 88. Das Flußführungsteil 90 weist eine konische Ausnehmung 92 auf, die komplementär zu einem konischen Vorsprung 94 am einen Ende des Ankers 84 ausgebildet ist. Bei Erregen der Spule 88 tritt ein magnetischer Fluß auf, der entlang ei­ nem Flußweg 95 durch den Anker 84, das Flußführungsteil 90, um die Welle 22 herum sowie über die Axialöffnung der Spule 88 zurück zum Anker 84 führt. Das Erregen der Spule 88 und die Ausbildung des Flusses über den Flußweg 95 bewirken, daß sich der Anker 84 in der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch das Ventilteil 82 in Abstand von der Ventilöffnung 81 gebracht wird. Dies hat einen Fluidstrom von der Speicher­ kammer 70 zur Arbeitskammer 18 zur Folge. Der Flußweg 95 überquert einen Luftspalt 96 zwischen der Welle 22 und dem Anker 84 sowie einen Luftspalt 98 zwischen dem ko­ nischen Vorsprung 94 des Ankers und der konischen Ausnehmung 92 des Flußführungs­ teils 90. Die Luftspalte 96 und 98 sind verhältnismäßig klein, um die Wirksamkeit des magnetischen Kreises zu maximieren. Dadurch wird es möglich, daß sich der Anker 84 bei Erregen der Spule 88 mit relativ niedrigem Energieverbrauch bewegt, was eine we­ sentliche Verbesserung gegenüber bekannten Anordnungen darstellt, bei denen der Flußweg über wesentlich größere Luftspalte hinweg verläuft und ein durch magnetischen Werkstoff hindurchführender vollständiger Magnetkreis nicht vorgesehen ist.

Die Spule 88 weist Zuleitungen 100 auf, über welche die Spule 88 erregt wird. Die Zulei­ tungen 100 sind über eine nicht veranschaulichte Schleifringanordnung mit einer Strom­ quelle, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie 102, und einem Temperaturfühler 104 ver­ bunden. Der Temperaturfühler 104 ist vorzugsweise ein temperaturempfindlicher Schal­ ter, der die Isttemperatur des Wassers im Fahrzeugkühler erfaßt. Wenn die Wassertem­ peratur einen vorbestimmten Wert erreicht, schließt der Schalter 104, wodurch der Spule 88 von der Batterie 102 Strom zugeführt wird, um die Spule zu erregen und den Anker 84 sowie das Ventilteil 82 zu verstellen. Der temperaturempfindliche Schalter 104 gestattet es der Flüssigkeitsreibungskupplung 10, unmittelbar auf die Wassertemperatur im Kraftfahrzeugkühler statt auf die Temperatur der Luft anzusprechen, die über den Kraftfahrzeugkühler hinwegstreicht. Dies erlaubt ein besonders rasches und genaues Ansprechen der Flüssigkeitsreibungskupplung auf die Temperatur des Wassers im Kraftfahrzeugkühler. Während bei der bevorzugten Ausführungsform der Temperatur­ fühler 104 die Temperatur des Wassers im Kühler eines Kraftfahrzeuges erfaßt, versteht es sich, daß der Temperaturfühler 104 grundsätzlich auch andere Parameter, beispiels­ weise die Öltemperatur oder die unter der Motorhaube herrschende Temperatur, erfas­ sen kann, um die Spule 88 in Abhängigkeit davon zu betätigen.

Die Spule 88 kann beim Schließen des Schalters 104 ständig erregt werden. Die Erre­ gung der Spule kann aber auch in Abhängigkeit von einem Temperaturfühler, der die Wassertemperatur im Kühler erfaßt, impulsbreitenmoduliert werden. Auf diese Weise kann für eine Proportionalregelung an Stelle einer Ein-/Aus-Regelung der Spule 88 und des Ventilteils 82 gesorgt werden. Eine Impulsbreitenmodulation der Spule 88 erlaubt es, die Spule 88 mit einem Tastverhältnis zu erregen, das proportional der mittels des Temperaturfühlers 104 erfaßten Wassertemperatur im Fahrzeugkühler ist.

Claims (8)

1. Temperaturgesteuerte Flüssigkeitsreibungskupplung, mit einem mit einer Welle (22) drehfest verbundenen ersten Kupplungsteil (14), einem auf dem ersten Kupp­ lungsteil drehbar gelagerten zweiten Kupplungsteil (16), an den beiden Kupplungs­ teilen angeordneten Scherflächen (62, 64), die zwischen sich eine Arbeitskammer (18) bilden, einer durch eine Trennwand (21) von der Arbeitskammer abgeteilte Speicherkammer (70), einer Ventilanordnung (80), mittels deren eine wahlweise Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Arbeitskammer herstellbar ist und die ein Ventilteil (82) aufweist, das in einer ersten Arbeitsstellung für eine Ver­ bindung zwischen der Speicherkammer und der Arbeitskammer sorgt sowie in einer zweiten Arbeitsstellung diese Verbindung absperrt, ferner mit einem in der Spei­ cherkammer befindlichen Fluid, das bei in der ersten Stellung befindlichem Ventil­ teil in die Arbeitskammer verdrängt wird, und einer in der Arbeitskammer befindli­ chen Pumpanordnung zum Verdrängen des Fluids von der Arbeitskammer zur Spei­ cherkammer, einer von einem Temperaturfühler (104) angesteuerten Elektromagnetspule (88) mit einer von einer Innenumfangsfläche der Spule be­ grenzten Axialöffnung, und einem Anker (84), der bei Erregung der Spule in Axial­ richtung verstellbar ist und das Ventilteil bei Erregen der Spule zwischen der ersten und der zweiten Stellung verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Kupplungsteil (14) drehfest verbundene Welle (22) eine koaxiale Bohrung (85) und einen damit koaxial in Verbindung stehenden Hohlraum (86) aufweist, in dem die Spule (88) untergebracht ist, deren Axialöffnung ebenfalls koaxial ausgerichtet ist, und daß der Anker (84) durch die Bohrung (85) der Welle (22) hindurch in die Spule (88) hineinragt.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Außenumfangsfläche des Ankers (84) angrenzend an die Innenumfangsfläche der Spule (88) verläuft.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Spule (88) abliegende Ende des Ankers (84) an das Ventilteil (82) un­ mittelbar angekoppelt ist.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus magnetisierbarem Werkstoff bestehendes Flußfüh­ rungsteil (90) mindestens teilweise innerhalb der Axialöffnung der Spule (88) sitzt und einen Teil eines Flußweges (95) für den von der erregten Spule erzeugten Magnetfluß bildet.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (104) auf die Wassertemperatur in ei­ nem Fahrzeugkühler anspricht und die Erregung der Spule (88) unmittelbar in Ab­ hängigkeit von dieser Wassertemperatur gesteuert wird.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit­ tels des Temperaturfühlers (104) ein der Wassertemperatur im Fahrzeugkühler proportionales Signal erzeugt und die Spule (88) entsprechend der von dem Tempe­ raturfühler erfaßten Wassertemperatur erregt wird.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler für eine impulsbreitenmodulierte Erregung der Spule (88) aus­ gelegt ist und die relative Einschaltdauer der Spule proportional der von dem Tem­ peraturfühler erfaßten Temperatur ist.

8. Anwendung der Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche zum Antreiben eines ein Kühlmedium fördernden Lüfters (12) einer Kühl­ vorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Welle (22) von einer Wasser­ pumpe (11) angetrieben ist.