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Flüssigkeits-Reibkupplung
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Flüssigkeits-Reibkupplung
für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf eine verbesserte Flüssigkeits-Reibkupplung,
die die Übertragung eines Ausgangsdrehmomentes in drei Schritten bzw. Stufen steuern
kann.
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Bei einer herkömmlichen Flüssigkeits-Reibkupplung, die zum Antrieb
eines Gebläses bzw. Ventilators eines Kraftfahrzeuges dient, wird der Strömungsweg
für eine zähe Flüssigkeit aus einer Nachfüllkammer in eine Arbeitskammer in Abhängigkeit
von Temperaturänderungen gesteuert, um zu starkes Kühlen der Brennkraftmaschine
zu verhindern und die Leistungsverluste zu verringern. Bei einer herkömmlichen Kupplung
dieser Art ist ein temperaturempfindliches Ventilelement vorgesehen,
das
jedoch lediglich in der Weise arbeitet, daß es eine Verbindungsöffnung -zwischen
der Nachfüllkammer und der Arbeitskammer öffnet und schließt. Daher kann die Übertragung
des Ausgangsdrehmomentes durch öffnen und Schließen der -Verbindungsöffnung lediglich
in zwei Stufen gesteuert werden. Demzufolge kann insbesondere in einem bestimmten
Temperaturbereich, in dem das temperaturempfindliche Ventilelement in der Weise
arbeitet, daQ bei der Übertragung des Ausgangsdrehmomentes von einem ersten Zustand,
in dem ein kleines Ausgangsdrehmoment übertragen wird, zu einem zweiten Zustand
übergegangen wird, in dem ein grobes Ausgangsmoment übertragen wird, entweder die
gewünschte Kühlwirkung nicht erzielt werden oder nur mit zu starker Kühlung gearheitet
werden. Dies hat verschiedene Nachteile zur Folge, zu denen verstärktes Geräusch
und Leistungsverluste gehören.
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Um die verschiedenen'vorstehend erläuterten Nachteile zu vermeiden,
ist bereits in der US-Patentanmeldung Nr. 91 921 vom 7. November 1979 von derselben
Anmelderin eine Flüssigkeits-Reibkupplung offenbart worden, die die Übertragung
des Ausgangsdrehmomentes in drei Stufen steuern kann. Bei der Kupplung gemäß dieser
US-Patentanmeldung Nr. 91 921 treten keine Schwierigkeiten auf, wenn die Übertragung
des Drehmomentes in drei Stufen gesteuert wird und dabei vom ausgekuppelten Zustand
ausgegangen wird. Da die Pumoeinrichtung, die die in der Arbeitskammer enthaltene
zähe Flüssigkeit zur Nachfüllkammer zurückfördert, durch die relative Drehung zwischen
einem Laufrad und einem Gehäuse betrieben wird, arbeitet die Pumpeinrichtung so
lange nicht, bis die relative Drehung zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse zunimmt,
und zwar selbst dann, wenn die. Öffnung, durch die die zähe Flüssigkeit einem der
Labyrinthe zugeführt wird, geschlossen wird, nachdem zuvor die zähe Flüssigkeit
beiden Labyrinthen zugeführt worden ist, die auf den beiden Seiten des Laufrades
in der Arbeitskammer ausgebildet sind. Außerdem ist die Öffnung, die die zähe Flüssigkeit
dem anderen Labyrinth zuführt, noch offen.
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Da diese Öffnung in Radialrichtung weiter außen liegt als die vorstehend
erwähnte geschlossene Öffnung, gelangt eine große Menge zäher Flüssigkeit aus der
Nachfüllkammer in die Arbeitskammer. Es kann daher nicht genug zähe Flüssigkeit
aus der Arbeitskammer in die Nachfüllkammer zurückgebracht werden.
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Dies hat zur Folge, daß beim beschriebenen Umschaltvorgang bzw. Übergang
eine Verzögerung auftritt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte
Flüssigkeits-Reibkupplung zu schaffen, bei der die vorstehend erläuterten bisheriqen
Nachteile behoben sind. Insbesondere soll eine Flüssigkeits-Reibkupplung gescha,ffenwerden,
die das Ausgangsdrehmoment in drei Stufen steuern kann und die das Ausgangsdrehmoment
sofort dann ändert, wenn das Ventilelement verstellt wird. Schließlich soll die
zu schaffende neue Flüssigkeits-Reibkupplung niedrige Herstellungskosten und einfache
konstruktive Ausbildung haben.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen
gekennzeichnete Flüssigkeits-Reibkupplung gelöst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.. Es
zeigen: Figur 1A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Flüssigkeits-Reibkupplung gemäß A-A in Figur 2; Figur 1B eine ausschnittsweise Schnittdarstellung
der Flüssigkeits-Reibkupplung gemäß B-B in Figur 2; Figur 2 eine ausschnittsweise
Schnittdarstellung gemäß II-II in Figur 1A; und
Figur 3 ein Diagramm
zur. Erläuterung der Arbeitsweise der Flüssigkeits-Reibkupplung.
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In den Figuren 1A und 1B, die eine ausschnittsweise Schnittdarstellung
einer erEindungsgemn(3ell Kupplung 10 zeigen, die als Flüssigkeits-Reibkupplung
ausgebildet ist, ist erkennbar, daß die Kupplung 10 eine ein Eingangselement der
Kupplung bildende treibende Welle 11 aufweist, die ihrerseits von einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeuges angetrieben wird.
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Die Kupplung 10 umfaßt ferner ein Ausgangselement 13, das mittels
eines Lagers 12 drehbar auf der Welle 11 gelagert ist, sowie ein Gehäuse 14, das
abgedichtet am Ausgangselement 13 befestigt ist. Auf beliebige zweckmäßige Weise
ist am Gehäuse 14 oder am Ausgangselement 13 ein an sich bekannter Ventilator befestigt.
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An der treibenden Welle 11 ist ein Laufrad 15 befestigt, das im wesentlichen
die Form einer Scheibe hat und auf ein Ende der Welle 11 gesetzt ist. Zwischen der
in den Figuren 1A und 1B rechten Seite des Laufrades 15 und der zugewandten Seite
des Ausgangselementes 13 befindet sich ein an sich bekanntes Labyrinth mit Drehmoment-Übertragungsflächen
16, das während der Drehung der treibenden Welle 11 das Drehmoment vom Laufrad 15
zum Ausgangselement 13 überträgt.
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Eine Trennscheibe 17 ist mit ihrem Rand fest an einer Schulter auf
der Innenseite nahe dem äußeren Rand des Gehäuses 14 angebracht. Die Trennscheibe
17 unterteilt den Innenraum zwischen dem Ausgangselement 13 und dem Gehäuse 14 in
eine Arbeitskammer 18, in der sich das Laufrad 15 befindet, sowie eine Nachfüllkammer
19. Eine zähe Flüssigkeit, beispielsweise ein Silikonöl, die sich in der Nachfüllkammer
19 befindet, kann durch eine erste Öffnung 20 (siehe Figur 1B), die in der Trennscheibe
17 ausgebildet ist, in die Arbeitskammer 18 zurückgebracht werden. Wenn sich die
zähe Flüssigkeit zwi-
schen den Drehmoment-Übertragungsflächen 16
befindet, erzeugt sie bei sich drehender Welle 11 beträchtliche Flüssgkeitsscherkräfte,
mit deren Hilfe die Drehung von der Welle 11 zum Ausgangselement 13 übertragen werden
kann.
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Zwischen der rechten Seite der Trennscheibe 17 und der zugewandten
Seite des Laufrades 15 befindet sich ein weiteres Labyrinth, das Drehmoment-Übertragungsflächen
21 aufweist, die im wesentlichen gleiche Ausbildung wie die Drehmoment-Ubertragungsflächen
16 haben. In der Trennscheibe 17 ist ferner eine zweite Öffnung 22 ausgebildet (siehe
Figur 1A), die mit der Nachfüllkammer 19 an einer Stelle in Verbindung steht, die
weiter innen als die erste Öffnung 20 liegt, d.h. auf einem kleineren Radius, und
die mit der Arbeitskammer 18 an einer Stelle in Verbindung steht, die weiter außen
als die erste Öffnung 20 liegt, d.h. auf einem größeren Radius.
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Die zähe Flüssigkeit kann aus der Nachfüllkammer 19 auch durch die
zweite Öffnung 22 in die Arbeitskammer 18 zurückgebracht werden. Wenn sich die zähe
Flüssigkeit zwischen den Drehmoment-Übertragungsflächen 21 befindet, erzeugt sie
bei einer Drehung der treibenden Welle 11 beträchtliche Flüssigkeitsscherkräfte,
mit deren Hilfe die Drehung bzw. das Drehmoment von der treibenden Welle 11 zum
Ausgangselement 13 übertragen wird. An der Trennschweibe 17 ist eine ringförmige
Abdeckplatte 31 festgeschraubt, die die erste Öffnung 20 definiert. Es ist möglich,
die Abdeckplatte 31 mit der Trennscheibe 17 einstückig auszubilden. Eine Trennwand
23 ist mit der Abdeckplatte 31 einstückig ausgebildet und verhindert, daß die zähe
Flüssigkeit aus der zweiten Öffnung 22 die Drehmoment-Übertragungsflächen 16 erreicht,
damit die, zähe Flüssigkeit aus der zweiten Öffnung 22 nur die Drehmoment-Übertragungsflächen
21 erreicht.
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Am äußeren Umfang des Laufrades 15 ist eine Schnecke 29 aus-
gebildet,
die mit dom Gehäuse 14 zusammenwirkt und in der Arbeitskammer 1E3 etlt:haltellc
zähe I:'l.iissiikcit von den Drehmoment-Übertragungsflächen 16 zu den Drehmoment-Übertragungsflächen
21 fördert. Außerdem ist am äußersten Rand der Trennscheibe 17 ein Pumploch 24 vorgesehen.
Auf der der Arbeitskammer 14 zugewandten Seite des Pumplochs 24 befindet sich ein
Vorsprung 30, der die mittels der Schnecke 29 geförderte zähe Flüssigkeit leitet
und durch das Pumploch 24 drückt. Die Menge bzw. das Volumen der zähen Flüssigkeit
in der Arbeitskammer 18 ist bestimmt durch das Volumen, das durch die erste Offnung
20 und die zweite Öffnung 22 eingeleitet wird, sowie durch das Volumen, das von
der Pumpeinrichtung, zu der die Schnecke 29, der Vorsprung 30 und dergleichen gehören,
durch die Pumpöffnung 24 herausgedrückt wird. Der Vorsprung 30 kann auch am Gehäuse
14 ausgebildet sein,und außerdem kann auch die Schnecke 29 am Gehäuse 14 ausgebildet
sein.
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Ein temperaturempfindliches Element,wie beispielsweise ein spiralförmiges
Bimetallteil 25, ist mit seinem einen Ende am Gehäuse 14 befestigt. Das andere Ende
des Bimetallteils 25 ist mit einer Welle 26 verbunden, so daß d e Welle 26 bei Temperaturänderungen
gedreht wird. An der Welle 26 ist ein Ventilelement 27 derart befestigt, daß es
von der Welle 26 verschwenkt werden kann. Wie in Figur 2 gezeigt ist, nimmt das
Ventilelement 27, das vom Bimetallteil 25 eingestellt wird, normalerweise eine Stellung
a ein, in der beide Offnungen 20 und 22 geschlossen sind. Wenn das Bimetallteil
25 eine erste bestimmte Temperatur feststellt, wird das Ventilelement 27 mittels
der Welle 26 in eine Stellung b geführt, in der es lediglich die zweite Öffnung
22 freiläßt. Wenn das Bimetallteil 25 eilae zweite bestimmte Temperatur feststellt,
wird das Velltilelenlellt 27 in eine Stellung c geführt, in der beide Öffnungen
20 und 22 offen sind. Ein Anschlag 28 ist an der Trennscheibe 17 ausgebildet.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Flüssigkeits-Reibkupplung
erläutert.
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Während das Kraftfahrzeug bei kühlem Wetter fährt, d.-h. während die
vom Bimetallteil 25 festgestellte Temperatur unterhalb der ersten bestimmten Temperatur,
beispielsweise unterhalb 40"C, liegt, hält die Welle 26 das Ventilelement 27 in
solcher Stellung, daß das Ventilelement 27 die Öffnungen 20 und 22 geschlossen hält.
Dies hat zur Folge, daß in der Arbeitskammer 18 enthaltene zähe Flüssigkeit aufgrund
der Pumpwirkung der Pumpeinrichtung weitgehend zur Nachfüllkammer 19 überführt wird.
Das Volumen der zähen Flüssigkeit in der Arbeitskammer 18 hat unter diesen Betriebsbedingungen
seinen Kleinstwert. Die Drehzahl Nf des Ventilators ist daher niedrig, wie dies
ein Kurvenabschnitt d in Figur 3 zeigt.
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Wenn das Bimetallteil 25 die zweite bestimmte Temperatur feststellt,
wird das Ventilelement 27 von der Welle 26 in die Stellung b geführt, in der nur
die zweite Öffnung 22 offen ist. Unter diesen Bedingungen entspricht die Drehzahl
des Ventilators dem Volumen bzw. der Menge der zähen Flüssigkeit, die die Drehmoment-Übertragungsflächen
21 durch die zweite Öffnung 22 erreicht. Dafür gilt der Kurbenabschnitt e in Figur
3. Unter diesen Bcdingungen verhindert die Trennwand 23, daß die zähe Flüssigkeit
bis zu den Drehmoment-Obertragungsflächen 16 gelangen.
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Wenn das Bimetallteil 25 die zweite bestimmte Temperatur von beispielsweise
70"C erfaßt, wird das Ventilelement 27 in die Stellung c gebracht, in der beide
Öffnungen 20 und 22 offen sind. Da unter diesen Umständen die zähe Flüssigkeit sowohl
die Drehmoment-Übertragungsflächen 21 als auch die Drehmoment-Ubertragungsflächen
16 erreicht, ist die Drehzahl des, Ventilators dann hoch, wie dies ein Kurvenabschnitt
f'in Figur 3 zeigt.
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Wenn die Belastung der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges groß ist,
ist in der Regel auch die erzeugte Wärmemenge groß. Der Ventilator zum Kühlen der
Brennkraftmaschine ist so ausgelegt, daß seine Kühlkapazität auch dann ausreicht,
wenn die Belastung der Brennkraftmaschine maximal ist. Wenn beide Öffnungen 20 und
22 offen sind, ist die Drehzahl des Ventilators hoch, damit die Kühlwirkung des
Ventilators selbst für maximale Last ausreicht.
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Allerdings ist zu beachten, daß das Kraftfahrzeug nicht ständig so
betrieben wird, daß die Brennkraftmaschine unter maximaler Last arbeitet. Beispielsweise
dann, wenn die Zuladung oder die Anzahl der Passagiere gering ist oder wenn das
Kraftfahrzeug bergab fährt, ist die Belastung der Brennkraftmaschine niedrig. Falls
in diesem Fall beide Öffnungen 20 und 22 offen wären, würde die Brennkraftmaschine
zu stark gekühlt werden. Wenn die vom Bimetallteil 25 erfühlte Temperatur unter
die zweite bestimmte Temperatur von beispielsweise 70"C sinkt, wird das Ventilelement
so eingestellt, daß es die Stellung b einnimmt, in der die erste- Öffnung 20 geschlossen
und nur die zweite Öffnung 22 offen ist. Daher ist dann die Menge der zähen Flüssigkeit,
die aus der Nachfüllkammer 19 in die Arbeitskammer 18 geleitet wird, auf diejenige
Flüssigkeitsmenge beschränkt, die sich radial innerhalb des radial äußeren Randes
der Verbindungsstelle der zweiten Öffnung 22 mit der Nachfüllkammer 19 befindet.
Dies hat zur Folge, daß die Menge der in die Arbeitskammer 18 (releiteten zähen
Flüssigkeit abnimmt.
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Andererseits bleibt zu diesem Zeitpunkt noch eine ausreichende Menge
zäher Flüssigkeit in der Arbeitskammer 18, die zur Drehmomentübertragung mittels
der Drehmoment-Ubertragungsflächen 16 und 21 ausreicht. Da die Drehzahldifferenz
zwischen dem,Laufrad 15 und dem Gehäuse 14 sehr gering ist, nimmt das Volumen-der
zähen Flüssigkeit ab, die aus der Arbeitskammer
18 in die Nachfüllkamner
19 gefördert wird. Da jedoch lediglich diejenige zähe Flüssigkeit, die radial innerhalb
des radial äußersten Punktes der Verbindungsstelle der zweiten Öffnung 22 mit der
Nachfüllkammer 19 vorhanden ist, aus der Nachfüllkammer 19 in die Arbeitskammer
18 gefördert wird, nimmt diese aus der Arbeitskammer 19 in die Arbeitskammer 18
geförderte zähe Flüssigkeitsmenge ab. Dies hat zur Folge, daß die auf der Seite
der Drehmoment-Übertragungsflächen 16 vorhandene zähe Flüssigkeit schnell aus der
Arbeitskammer 18 zur Nachfüllkammer 19 geleitet wird. Die Drehmomentübertragung
erfolgt dann allein mittels der Drehmoment-Übertragungsflächen 21. Auf diese Weise
sinkt die Drehzahl des Ventilators, wie dies der Kurvenabschnitt e in Figur 3 zeigt.
Bei diesem Vorgang sorgt die Funktionsweise der Kupplung 10 dafür, daß das Volumen
der aus der Nachfüllkammer 19 zur Arbeitskammer 18 geförderten zähen Flüssigkeit
stärker verringert ist und daß der Über gang vom hohen Drehzahlbereich zum mittleren
Drehzahlbereich schneller erfolgt als bei der Kupplung gemäß der US-Patentanmeldung
Nr. 91 921, bei der die zweite Öffnung 22 in Radialrichtung weiter außen als die
geschlossene erste Öffnung 20 angeordnet ist.
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Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß sich die erfindungsgemäße
Flüssigkeits-Reibkupplung dadurch auszeichnet, daß sie die Drehung eines Ventilators
in Abhängigkeit vonAnderungen der Temperatur dreistufig steuern kann, daß sie für
zweckmäßigere Drehung des Ventilators als eine herkömmliche Flüssigkeits-Reibkupplung
sorgt, die die Drehung des Ventilators zweistufig steuert, daß sie das Beschleunigungsgeräusch
und den Leistungsverlust verringern kann und daß sie den praktischen Vorteil hat,
daß der Betriebszustandswechsel, insbesondere der Übergang vom hohen Drehzahlreich
zum mittleren Drehzahlbereich, schnell ausgeführt werden kann.
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Es liegt auf der Hand, daß zahlreiche Änderungen und Abwand-
lungen
der Erfindung aufgrund der vorstehenden Lehre vorgenommen werden können. Die Erfindung
ist somit nicht auf das vorstehend beschriebene Ausfhruncrsbeisiel jeibeschränkt.
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ElneFlüssigkeits-Reibkupplung dient zum Antreiben eines Ventilators
eines Kühlers eines Kraftfahrzeuges, um zu starkes Kühlen der Brennkraftmaschine
zu verhindern und die Leistungsverluste der Brennkraftmaschine zu verringern. Die
Kupplung umfaßt ein Eingangselement der Kupplung, das von der Brennkraftmaschine
angetrieben wird, ein Ausgangselement der Kupplung, das relativ zum Eingangselement
drehbar ist, eine Trennplatte, die den Innenraum des Ausgangselementes der Kupplung
in eine Nachfüllkammer für eine zähe Flüssigkeit und eine Arbeitskammer unterteilt,
erste und zweite Dehmoment-Ubertrayungsflächen, die mittels der zähen Flüssigkeit
ein Drehmoment übertragen können, eine erste und eine zweite Öffnung sowie ein temperaturempfindliches
Ventil, wobei es möglich ist, den Übertritt der zähen Flüssigkeit aus der Nachfüllkammer
in die Arbeitskammer in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in drei Schritten
zu steuern.