DE3109724C2 - - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16D35/00—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion
- F16D35/02—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part
- F16D35/021—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part actuated by valves
- F16D35/024—Fluid clutches in which the clutching is predominantly obtained by fluid adhesion with rotary working chambers and rotary reservoirs, e.g. in one coupling part actuated by valves the valve being actuated electrically, e.g. by an electromagnet
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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.
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