DE3141910A1

DE3141910A1 - Geblaeseantriebs-kupplung mit viskoser fluessigkeit

Info

Publication number: DE3141910A1
Application number: DE19813141910
Authority: DE
Inventors: Michael 46032 Carmel Ind. Shepherd
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1981-10-22
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB2088533B; ES506604A0; ES8206746A1; CA1176522A; FR2492925A1; SE8106208L; GB2088533A; US4441598A; BR8106900A

Description

WALLACE MURRAY CORPORATION
Park Avenue
New York,New York 10171,USA

G 52 970

. .Gebläseantriebs-Kupplung mit viskoser Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Gebläseantriebs-Kupplung mit viskoser Flüssigkeit für das Umlaufkühlsystem (Radiator-Kühlsystem) eines Verbrennungsmotors (Brennkraftmaschine) Derartige Gebläseantriebe sind bekannt und weisen gewöhnlich eine rotierende Antriebsscheibe auf, die durch den Motor angetrieben wird. Die Antriebsscheibe ist drehbar in einer Ummantelung oder einem Gehäuse angebracht, und das Gehäuse trägt Ventilator- bzw. Lüfterflügel. Eine Menge viskoser Flüssigkeit, die häufig als Scherflüssigkeit bezeichnet wird, kann von einer Behälterkammer in eine Eintrittskammer eintreten, wobei sich die drehbare Scheibe in der Antriebskammer befindet. Je nach der Mengender Scherflüssigkeit in der Kammer wird

__n das Ausmaß der Drehkupplung zwischen dem Antriebsrotor und dem Gebläse variiert. Diese Änderung wird gewöhnlich durch eine temperaturgesteuerte Ventilanordnung gesteuert, wobei das Ventil geöffnet wird, um eine größere Flüssigkeitsmenge in die Antriebskammer einzu-

nc lassen, wenn eine starke Kühlung erforderlich ist,

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und geschlossen wird, um das Ausmaß der Drehkupplung einzuschränken, wenn eine schwächere Kühlung erforderlich ist. Derartige Anordnungen weisen, oft einen Durchtritt für die Scherflüssigkeit zwischen dem radial äußersten Teil der AntriebsTcammer, in der der An.triebsrotor liegt, und der Behälterkammer a.uf. Die Scherflüssigkeit wird abgelenkt, so daß sie vom radial äußersten Teil der Antriebskammer durch, den Durchtritt läuft und anschließend zu der Behälterkammef zurückkehrt.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt und werden gegenwärtig in dieKlasse 192, Unterklasse 58 der Klassifizierung des US-Patentamts eingeordnet. Eine Vorrichr· tunt dieses Typs wird in der US-PS 4 007 819 .(.Maci, 15. Februar 1977) beschrieben. Im allgemeinen verringert eine derartige Vorrichtung die Energiek'osteri für das Gebläsefür die Umlaufkühlung durch Abstimmen des Ventilator-Energieeinsatzes mit dem Kühlungserfordernis für den Motor bei verschiedenen Umgebungstemperaturen.

Bei den meisten temperaturgesteuerten Gebläseantrieben. mit viskoser Flüssigkeit, die gegenwärtig hergestellt werden, erfolgt die Änderung von einer tellwei'sen Betätigung der Kupplung zur vollen Betätigung sehr rasch.,' wenn eine bestimmte Temperatur der Aktivierungsluft erreicht ist. Bei der Aktivierung der temperaturabhän'· gigen Ventilanordnung erfolgt eine scharfe oder plötz- liehe Änderung der Ausstoßgeschwindigkeit zwischen dem teilweise beteiligten Zustand und dem voll betreiligten Zustand. Ein derartiges Charakterlstlkum kann für viele Anwendungszwecke günstig sein, jedoch gibt es" bestimmte andere Anwendungs zwecke,, wie bei landwirtschaftlichen Zugmaschinen bzw. Traktoren, die 'effektiver und wirksamer bei einem modulierten Einsatz arbeiten. Der hier verwendete Ausdruck "moduliert" soll eine graduelle stabile Änderung der Gebläsegeschwindigkeit als eine

3U¹ 91'.

Funktion der Kühlerfordernisse bezeichnen·, im Unterschied zur abrupten oder raschen Änderung.

Auf diesem Gebiet (US-PS 3 191 733, Weir) ist es bereits bekannt, daß die Änderung vom teilweise beteiligten zum voll beteiligten Zustand in einer temperaturgesteuerten Gebläseantriebs-Kupplung mit viskoser Flüssigkeit für einen Verbrennungsmotor in der Theorie moduliert werden kann, wenn man ein Gewicht auf den Ventilhebel aufsetzt, der eine öffnung zur Steuerung der Flüssigkeitskommunikation zwischen der Behälterkammer und der Antriebskammer öffnet und schließt. Während des Betriebs des Gebläseantriebs rotieren das Gewicht und das Gebläse kontinuierlich, wodurch ein zentrifugales Moment oder eine Kraft auf diesen Ventilhebel ausgeübt wird. '■ Somit wird das öffnen oder das Schließen der üblichen Ventilöffnung nicht nur durch die Lufttemperatur, sondern auch durch die Geschwindigkeit des rotierenden Gebläses gesteuert. Abgesehen von der Bauweise der vorliegenden Erfindung ist es bekannt, daß derartige Gebläseantriebs-Kupplungen für eine festgesetzte Motor-Eingangsgeschwindigkeit, die auf die Eingangsseite der Flüssigkeitskupplung wirkt, scharfe Ubergangscharakteristika vom teilweise beteiligten zum voll beteiligten Zustand aufweisen. Die modulierende Wirkung auf den Ventilhebel wird erfindungsgemäß beträchtlich erhöht durch zusätzliche Flüssigkeits-Speicherkerben bzw. -Speicherrillen an den Wandungen der Antriebskammer, in der der Antriebs-

rotor liegt. Die Kerben bewirken eine zusätzliche Zeitverzögerung auf die'Modulationswirkung. Ohne das zusätzliche Flüssigkeitsvolumen, das durch die Speicherkerben für Flüssigkeit bereitgestellt wird, wäre der Antrieb wesentlich geschwindigkeitsempfindlicher,

da eine leichte Änderung der Ventilposition zu einer

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sofortigen Auffüllung oder sofortigen Entleerung der Antriebskammer führen würde.

Im folgenden werden die Figuren beschrieben.

Die Figur 1 stellt einen Längsschnitt eines Teil einer temperaturgesteuerten Gebläseantriebs-Kupplung mit vis koser Flüssigkeit für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung dar.
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Die Figur 2 ist ein vergrößerter.Teil der Figur 1 und zeigt die Kupplung (mit Flüssigkeit) in teilweise beteiligtem Zustand.

Die Figur 3 ist eine Ansicht gleich der Figur 2, zeigt jedoch dieKupplung im voll beteiligten Zustand..

Die Figur 4 zeigt eine typische Beziehung zwischen der Gebläsegeschwindigkeit und der Temperatur sowohl" für eine temperaturgesteuerte Gebläsekupplung mit viskoser Flüssigkeit nach dem Stand der Technik, als auch, für eine Gebläsekupplung erfindungsgemäßer Bauweise.'

In den Figuren 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen bezeichnet die Ziffer 10 allgemein die ■temperaturgesteuerte Gebläsekupplung mit viskoser Flüssigkeit gemäß der Erfindung. In der Fig. 1 ist die Kupplung ohne viskose Flüssigkeit gezeigt. Die Kupplung liegt gewöhnlich zwischen dem Kühler (Radiator) und dem Motorblock, wobei sich der Kühler links von der Kupplung 10 in der Fig. 1 befindet und der Motorblock, auf der rechten Seite befindet. Beim Drehen der Kupplung/ die ' das übliche Kühlungsgebläse bzw. üblichen Kühlungsventilator trägt, trägt das Gebläse bzw. der Venti-^OJ lator dazu bei, Luft aus der Umgebung durch den Kühler

-r-

und zum Motorblock hin zu ziehen..

Die Ziffer 12 bezeichnet einen vorderen Gehäuseabschnitt der Kupplung, während die Ziffer 14 den hinteren Abschnitt oder die hintere Hälfte bezeichnet. Die Teile 12 und 14 werden in geeigneter VIeise durch auf diesem Gebiet bekannte bzw. übliche Befestigungsschemata zusammengehalten. Die Ziffer 16 bezeichnet die Fuß- bzw. Wurzelteile der Ventilator- bzw. Lüfterflügel, die von

^O flem Gehäuseabschnitt 14 der Kupplung getragen werden. So rotieren bei der Drehung des Gehäuses 12, 14 die Ventilatorflügel 16 und ziehen Luft durch den Kühler und zum Motorblock hin. Die Ziffer 18 bezeichnet ein Antriebswellenelement, das geeignet ist zur Kupplung

^5 an die Kurbelwelle des Motors oder an einen Riementrieb, der durch die Kurbelwelle angetrieben wird. Die Welle trägt und ist gekuppelt an eine Antriebsscheibe oder einen Rotor 20, wobei sich die Scheibe im Inneren einer Antriebskammer 22 innerhalb der Kupplung 10 dreht. Typischerweise ist die Kammer 22 als ein Raum zwischen den beiden Gehäusehälften 12 und 14 definiert. Die Ziffer 23 bezeichnet jegliche mehrer ringförmiger Kerben, die an einem Wandteil der Antriebskammer 22 vorhanden sind. Sie sind an der Gehäusehälfte 12 gezeigt, können

jedoch an dem Wandteil der Antriebskammer 22 liegen, das von der rückwärtigen Gehäusehälfte 14 getragen wird. Diese Kerben werden als Speicherkerben bzw. Speicherrillen bezeichnet und können darüber hinaus anstelle dessen auch an einer oder an beiden Stirn-

Seiten der Antriebsscheibe 20 liegen. Sie sind kontinuierlich ringförmig, d.h. erstrecken sichüber 360 .

In den Fig. 2 und 3 bezeichnet die Ziffer 24 im allgemeinen die Lage der üblichen (nicht dargestellten) Sperre (Damm), während die Ziffer 26 den üblichen

' radial gerichteten Durchtritt von der Rückseite der Sperre zu der Plüssigkeitsbehälterkammer 28 bezeichnet. Die Ziffer 30 bezeichnet die übliche Trennwand zwischen den Behälter- und Antriebskammern, die häufig aus Metallblech ausgebildet ist, und eine Öffnung oder ein Loch 32 aufweist. Die'i.Trennwand 30 weist zusätzlich eine kleine Öffnung neben der Öffnung 32 auf, die nicht dargestellt ist, und ein kontinuierlich kleines Flüssigkeitsvolumen zur Wäsche der Stirnseitender Antriebs-¹^ scheibe bereitstellt. Dies ist üblich. Die Ziffer 34 bezeichnet den üblichen Ventilhebel, wobei sich der Hebel im Kontakt mit einem temperaturabhängigen Stellelement befindet, das allgemein mit derZiffee 36 bezeichnet ist, und einen Stellstift 37 für den Ventilhebel aufweist. Die Ziffer 40 bezeichnet ein Gewicht, das an das freie Ende des Ventilhebels 34 befestigt ist; das Gewicht 40 arbeitet in üblicher Weise.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kupplung wird

wie folgt betrieben. Die Drehung der Kurbelwelle des Motors bewirkt eine Drehung der Antriebswelle 18 und dementsprechend eine Drehung der Antriebsscheibe 20. Wenn.sich die Antriebsscheibe 20 innerhalb der Kammer 22 dreht, so bewirkt die Scheibe eine Drehung des ge-

samten Gehäuses 12, 14, durch die Flüssigkeitsreibung oder·den Flüssigkeitswiderstand mit den Oberflächen der Antriebsscheibe 20, die sich im Kontakt mit der viskosen Scherflüssigkeit befinden. Die viskose Flüssigkeit, die in die Antriebskammer 22 eingetragen wird, wird radial nach auswärts und auf die Sperre bei 24 geworfen..Dies erfolgt durch die Pumpwirkung der Rotorkerben und dadurch, daß die Drehgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Antriebskammer 22 größer ist als in dem Rückführungsdurchgang 26. Die Sperre bewirkt, daß die viskose Flüssigkeit durch den

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Durchgang 26 fließt in radial einwärts gerichteter Weise und dann zu der Behälterkammer 28 zurückkehrt. Falls eine sehr geringe Drehung der Ventilatorflügel 16 zur Kühlung des Motors erforderlich ist, so nimmt der Ven-5 tilhebel 34 die in der Fig. 2 dargestellte Position ein ι und es erfolgt ein sehr geringer Flüssigkeitsdurchtritt j von dem Behälter 28 durch die Öffnung 32 und in die Antriebskammer 22. Dies führt zu einer relativ langsamen Drehung der Ventilatorflügel 16. Die Stellung des Ventilhebels 34 wird durch Temperaturfühlung und durch das Stellelement 36 (bekannter Bauweise) gesteuert.

Falls sich die Temperaturbedingungen ändern und eine stärkere Kühlung des Motors erforderlich ist, so wirkt T5 die Temperaturfühl-Vorrichtung 36 so, daß der Ventilhebel 34 die in der Fig. 3 gezeigte Position einnehmen kann, wodurch die Öffnung 32 geöffnet wird und viskose Flüssigkeit durch die Behälterkammer 28 in die Antriebskammer 22 eintreten kann. Wie in der Fig. 3 ge-

■*^w zeigt, erfolgt mit mehr viskoser Flüssigkeit in der

Antriebskammer 22 ein stärkeres Ausmaß der Rotationskupplung .zwischen der Antriebsscheibe 20 und dem Ge-• häuse 12, 14, das die Ventilatorflügel 16 trägt. So

wird durch die in der Fig. 3 dargestellte Position . *"* die Kupplung dem Motor mehr Kühlluft zuführen. Das Gewicht 40 übt eine Kraft aus, die zur Bewegung des Arms 34 zum Schließen der Ventilöffnung 32 durch die Zentrifugalkräfte neigt, die bei der Drehung des Gehäuses 12 auftreten. Dies ist bekannt, wie am oberen

Ende der Spalte 7 der US-PS 3 191 733 (Weir) beschrieben. Zwar neigt der Zusatz des Gewichts 40 in der Theorie dazu, daß der Übergang von einer vollständigen zu einer partiellen Flüssigkeitskupplung moduliert wird oder glatter erfolgt, jedoch ist der Modulations-

effekt in der Praxis Null. Mit Ausnahme der Speicher-

i :.

kerben 23 sind sämtliche vorstehend beschriebenen Elemente zusammen mit ihrer Betriebsweise auf diesem Gec biet bereits bekannt.

In der beigefügten Fig. 4 bezeichnet die Kurve A das typische Verhalten einer Kupplung des Stands der Technik, derart, wie sie in den Fig. 1 bis 3, mit Ausnahme

IQ der Kerben 23 dargestellt wird. So öffnet sich ohne die Speicherkerben 23 die öffnung 32 aus der Ventilpositi©!* der Fig. 2 mit dem Ergebnis, daß eine volle Beteiligung (Fig. 3) erzielt wird. Der übergang von einer teilweisen zur vollen Beteiligung stellt sich scharf oder plötzlich

■J5 dar. Die in der Fig. 4 mit B bezeichnete Kurve bezeichnet das Verhalten der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Kupplung, wenn die Speicherkerben 23 vorhanden sind. Es ist ersichtlich, daß der Übergang von einer *" teilweisen zur völligen Gebläsebeteiliguftg längs des We-9SS B moduliertist im Vergleich mit der plötzlichen oder scharfen Verlaufsweise der Kurve A.

Die Erklärung für die modulierende Wirkung gemäß der Erfindung, wie durch den Weg B" der Fig. 4 gezeigt, ist im folgenden angegeben.

Die Funktion der Speicherkerben 23 liegt darin, das Volumen der viskosen Scherflüssigkeit in der Antriebskammer 22 an der Antriebsscheibe zu vergrößern, ohne die geometrische Beziehung zwischen dem Eingangsrotor und dem Ausgangsteil zu verändern» Der Abstand zwischen •dem Eingangsrotor und den Seiten der Antriebskammer kann nicht vergrößert werden, um das Fliissigkeitsvolumen zu vergrößern, da eine derartige Vergrößerung die Übertragungsfähigkeit des Drehmoments wesentlich verrin-

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q ι / ι η ι r

gern würde. Ohne die Speicherkerfaen oder -ringe ist das Modulierverhalten nicht so ausgeprägt, d.h. der übergang vom teilweisen zum völligen Gebläseeinsatz erfolgt plötzlicher wie aus der Kurve A der Fig. 3 ersichtlich. Die Modulation kann theoretisch verwirklicht werden durch Zusatz des Gewichts 40 allein,ohne die Speicherringe 23. Jedoch wird die resultierende Modulation nicht so gesteuert, wie mit den Ringen und läßt sich daher gewöhnlich in der Praxis nicht verwirklichen. Es wurden Versuche unternommen, die gewünschte Modulation, die in B der Fig. 4 gezeigt wird, durch Änderung der. Größe der öffnung 32 zu erzielen. Jedoch sind diese Versuche ohne die Speicherkerben 23 typischerweise nicht erfolgreich.

Claims

31 41 Q WALLACE MURRAY CORPORATION Park Avenue New York,New York 10171 ,USA G 52 970 . Gebläseantfiebs-Kupplung mit viskoser Flüssigkeit 15 . Patent ä ns ρ χ ü c he

1. Gebläseantriebs-Kupplung (10) mit viskoser Flüssigkeit vom bekannten temperatursteuerbaren Typ, geeignet zur Verwendung im Kühlsystem eines Verbrennungsmotors _f wobei die Gebläseantriebs-95

/..Kupplung ein Gehäuse (12,3 4) aufweist, das Gehäuse eine Trennwand (30) zwischen einer Antriebskammer (22) und einer Behälterkammer (28) aufweist, mit einer drehbaren Antriebsscheibe (.20) innerhalb der Antriebskammer, die an eine Welle gebunden ist, die

drehbar innerhalb des Gehäuses angebracht ist,wobei sich die Welle beim Betrieb des Motors dreht, mit einer viskosen Scherflüssigkeit, innerhalb mindestens einer der Antriebs- und Behälterkammern, mit einer 'Flüssigkeitsöffnung (32) in der Trennwand, einer thermischen Steuervorrichtung (36), einem Ventil-

r · - 3U1910

"■2-

hebel (34), der von der Kupplung getragen wird, wo-

i bei die thermische Steuervorrichtung die Stellung des Hebelarms zur öffnung oder Schließung der öffnung variiert, um die Menge der Scherflüssigkeit, die durch die Flüssigkeitsöffnung der Trennwand aus der Behälterkammer in die Antriebskammer tritt, zu steuern, mit einem Gewicht (40), das von dem Ventil-' hebel getragen wird, wobei der Ventilhebel und das Gewicht derart angebracht sind, daß die Zentrifugalkraft, die auf das Gewicht während der Drehung der Kupplung einwirkt, den Ventilhebel zur Schließung der öffnung zwingt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskammer mit mindestens einer Speicherkerbe (23) versehen ist, wobei die Speicherkerbe sich an einer Wand der Antriebskammer befindet, wodurch die Kupplungswirkung von einer teilweisen Beteiligung bis zur vollständigen Kupplung moduliert wird.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkerbe ringförmig kontinuierlich ist

und sich auf mindestens einer Seite der Antriebs- -■■- -" scheibe (des Antriebsrotors) befindet. '