DE3324982A1

DE3324982A1 - Auf temperatur ansprechende fluidkupplung

Info

Publication number: DE3324982A1
Application number: DE19833324982
Authority: DE
Inventors: Masaharu Hayashi; Masato Toyota Aichi Itakura; Hiroji Anjo Aichi Yamaguchi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE3324982C2; JPH0159451B2; US4544053A; JPS5934030A

Description

Auf Temperatur ansprechende Fluidkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf Temperatur ansprechende Fluidkupplungen undinsbesondere auf eine Fluidkupplung, die für ein Lüfterrad einer Brennkraftmaschine verwendet u/ird.

Auf Temperatur ansprechende Fluidkupplungen sind bekannt, die folgende Bauteile umfassen: eine durch einen Motor angetriebene und ihrerseits treibende Welle, ein durch ein geeignetes Lager drehbar auf dieser montiertes Gehäuse, einen mit der Welle verbundenen Rotor, eine den Innenraum des Gehäuses in eine

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Speicherkammer für ein viskoses Fluid mit geeigneten Scher-

krafteigenschaften und in eine den Rotor aufnehmende Arbeitskammer unterteilende Trennplatte, einen durch die Trenn-C platte ausgebildeten Rückströmkanal zum Rückfließen des viskosen Fluids aus der Speicherkammer in die Arbeitskammer, eine Ventilplatte, die die Fluidverbindung durch den Rückströmkanal in Abhängigkeit von Temperaturänderungen eines Kühlwassers in einen Motorkühler steuert, und einen Pump- -,Q kanal, der das viskose Fluid von der Arbeitskammer in die Speicherkammer zurückbringt. Hierdurch wird ein mit dem Gehäuse verbundenes Lüfterrad mittels der Scherwirkung des zwischen dem Rotor und dem Gehäuse befindlichen Fluids gedreht .

Falls bei herkömmlichen Fluidkupplungen der Zündschalter ausgeschaltet wird, füllt das Fluid den unteren Bereich des Gehäuses und verbleibt in der Arbeitskammer .Falls deshalb der Motor z.B. am Morgen wieder gestartet wird, wird das Lüfterrad so lange in einem annähernd einer direkten Verbindung entsprechenden Betriebszustand gedreht, bis das viskose Fluid aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer durch den Pumpkanal übertragen wurde. D.h., das Phänomen der Überkühlung tritt ein. Folglich dauert es sehr lange, bis der Motor warm wird und bis der Innenraum des Fahrzeugs warm ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den herkömmlichen auf Temperatur ansprechenden Fluidkupplungen eigenen Nachteile zu beseitigen. Insbesondere soll eine neue und verbesserte auf Temperatur ansprechende Fluidkupplung geschaffen werden, wobei das viskose Fluid dann aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer übertragen wird, wenn die Drehzahl des Motors unter die Leerlaufdrehzahl abfällt, und wobei verhindert ist, daß das Fluid aus der Speicherkammer in die Arbeitskammer überströmt, wenn der Motor zum

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Stillstand gebracht ist. Ferner soll die neue Flüssigkeitskupplung vergleichsweise einfache mechanische Bauteile umfassen, die eine wirtschaftliche Herstellung ermöglichen

und störungsfreien zuverlässigen Betrieb gewährleisten. 5

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäQ durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Hierbei umfaGt die Fluidkupplung Kugelventile, die im Rückströmkanal und im Pumpkanal angeordnet sind. Das Kugelventil umfaßt eine in radialer Richtung angeordnete Kugel, eine diese in ihre geschlossene Stellung beaufschlagende Feder, und ein die Feder abstützendes und einen Gleitu/eg der Kugel begrenzendes Kappenelement. Die Federkonstante

der Feder ist so bestimmt, daß der Rückströmkanal in dem Zeitpunkt geschlossen wird,iⁿ äem ^^ie Motordrehzahl unter die Leerlaufdrehzahl beim Abstellen des Motors abfällt, und daß der Pumpkanal kurze Zeit später geschlossen wird.

Da der Pumpbetrieb für eine Weile nach dem Schließen des Rückströmkanals fortgesetzt wird, enthält die Arbeitskammer beim Stillstand des Motors nur eine geringe Menge Fluid verglichen mit derjenigen beim Leerlauf des Motors. Wenn der

Motor zum Stillstand gebracht ist, bleiben sowohl der Pump-25

kanal als auch der Rückströmkanal geschlossen, wodurch die

Verbindung zwischen Speicherkammer und Arbeitskammer vollständig unterbrochen ist. Fall_sder Motor in einem "AUS"-Zustand (d.h. im übertragungslosen Zustand) der Fluidkupplung zum Stillstand gebracht wird, wird diese beim Start des Motors in 30

"ÄUS"-Zustand wieder in Betrieb gesetzt. Selbst wenn der Motor im "EIN"-Zustand (d.h. im ÜDertragenden Zustand) der Kupplung zum Stillstand gebracht wird, wird diese beim Start des Motors auf die gleiche Art und Weise im "AUS"-Zustand in Bef. trieb genommen.

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Das die Feder, die die Kugel beaufschlagt, abstützende Kappenelement hat gleichzeitig die Funktion, den Gleitweg der Kugel zu begrenzen, u/odurch verhindert vi/ird, daß die Feder ausknickt und u/odurch die Betriebseigenschaften des Kugelventile verbessert sind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Kugel so angeordnet, daß die Gleitreibung der Kugel beim Gleiten in radialer Richtung so gering als möglich ist, wodurch Betriebsstörungen des Kugelventils aufgrund des Reib\i/iderstandes vermieden sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die anhand schematischer

Zeichnungen nachstehend ausführlich erklärt sind. Es zeigen :

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen auf Temperatur ansprechenden Fluidkupplung,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Rückströmkanals für das Fluid gemäß Figur 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines in

Fig. 1 gezeigten Pumpkanals und

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer u/eiteren Ausführungsform des Pumpkanals gemäß Figur

Figur 1 zeigt eine auf Temperatur ansprechende Fluidkupplung 10 sowie eine durch einen Motor zur Drehung angetriebene Welle 11. Ein Gehäuseteil 13 ist durch ein geeignetes Lager 12 drehbar auf die Welle montiert. Ein Abdeckteil

ist mittels Schrauben 15 am Gehäuseteil 13 befestigt. Das 35

Gehäuseteil 13 und ^as Abdeckteil 14 bilden zusammen ein

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umschlossenes Gehäuse der Fluidkupplung 10, in dessen hohlem Innenraum ein Rotor 16 aufgenommen ist. Ein mittiger Abschnitt des Rotors 16 ist durch eine Paßfeder 18 mit der

Welle 11 verbunden und auf dieser durch Stemmen bzw. Körnuno 5

gesichert, wodurch der Rotor zusammen mit der Welle 11 in einer Einheit dreht. Benachbarte Flächenbereiche des Rotors 16 und des Gehäuseteils 13 haben drehmomentübertragende Elemente, die eine Vielzahl von zusammenwirkenden Nuten und Stegen aufweisen, die im allgemeinen ein Labyrinth L in Figur 1 bilden. Diese Nuten und Stege sehen gegenüberliegende Flächen vor, die sich parallel und in geringem Abstand zueinander erstrecken und zwischen sich einen Scherspalt haben. Bei der Drehung des Rotors 16 wird dessen Drehmoment durch die Scherwirkung des im Labyrinth L befindlichen 15

Fluids auf das Gehäuseteil 13 übertragen.

An einer Innenseite des Abdeckteils 14 ist eine Trennplatte 20 in der Form einer Scheibe befestigt, die den hohlen Innenraum des Abdeckteils in eine den Rotor 16 aufnehmende Arbeitskammer 21 und in eine Speicherkammer 22 für ein viskoses Fluid wie z.B. Silikonöl unterteilt. Das Abdeckteil 14 hat an seiner äußeren Fläche eine Vielzahl von Rippen 14a zum Abführen der durch die Übertragung des Drehte moments zwischen dem Rotor 16 und dem Gehäuseteil 14 erzeugten Wärme. Ferner hat das Abdeckteil 14 zum festen Anbau eines Lüfterrades (nicht gezeigt) Schraubeneinrichtungen 14b. Eine Achse 23 ist drehbar im Mittelpunkt des Abdeckteils 14 gelagert. An der äußeren Fläche der Achse 23 sind O- Ringe 24 angeordnet, um ein Austreten des Fluids aus der Speicherkammer 22 durch Leckagen entlang der Achse 23 und um diese herum zu verhindern. Eine Ventilplatte 26 ist mittels einer Schraube 25 am rechten Ende der Achse 23 befe-

stigt, wodurch sie sich auf der Trennplatte 20 zusammen mit der Achse 23 drehen kann.

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Eine Bimeta 11 feder 27 in Spiralform ist an der vorderen Seite des Abdeckelements 14 angebracht. Ein inneres Ende 27a der Bimetall feder 27 ist am linken Ende der Achse 23 befestigt, während ihr äußeres Ende am Abdeckteil 14 angebracht ist. Die Bimetall feder 27 ist an der Vorderseite des Abdeckteils 14 derart angeordnet, daß sie dem durch den Kühler der Brennkraftmaschine erhitzten Luftstrom ausgesetzt ist und mit diesem in Berührung kommt. Die Bimetallfeder unterliegt somit Temperaturänderungen der aus dem Kühler austretenden Luft und verändert sich dementsprechend. Wenn ein Temperaturanstieg auf sie einwirkt, bringt sie die Achse 23 zur Drehung und dreht dadurch die Ventilplatte 26 in eine Richtung. Wenn die Bimetallfeder einem Temperaturabfall unterliegt, wird die Ventilplatte 26 mittels der

Achse 23 in die andere Richtung gedreht.

Die Trennplatte 20 hat an ihrem äußeren Umfangsbereich einen Riickströmkanal 28, durch den das viskose Fluid von der Speicherkammer 22 in die Arbeitskammer 21 strömen kann. Anderer-

seits hat das Abdeckteil einen Pumpkanal 29, durch den das viskose Fluid von der Arbeitskammer 21 in die Speicherkammer 22 übertragen wird.

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, sind Kugelventile 30 und 25

40 im Rückströmkanal 28 bzw. im Pumpkanal 29 eingesetzt. Die Figur 2 zeigt das in dem Rückströmkanal 28 vorhandene Kugelventil 30, wobei die Trennplatte 20 einen Zylinder 31 hat, der durch einen Verbindungsweg 32 mit dem Rückströmkanal 28 und gleichzeitig durch einen Verbindungsweg 33 mit der Arbeitskammer 21 verbunden ist. Eine Kugel 34 ist in radialer Richtung gleitend in den Zylinder 31 eingesetzt, wodurch ein Strömen des viskosen Fluids nur aus der Speicherkammer 22 in die Arbeitskammer 21 möglich ist. Da der einen Führungsabschnitt für die Kugel 34 bildende Zylinder 31 einen rela-

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tiv größeren Durchmesser als die Kugel hat, besteht beim Gleiten der Kugel zwischen ihr und dem Zylinder 31 nur eine geringe Berührung, wodurch ihr Gl eitreibungswiderstand vermindert ist und keine Betriebsstörungen auftreten. 5

Die Kugel 34 wird ständig durch eine im Zylinder 31 befindliche Feder 35 in ihre geschlossene Stellung beaufschlagt. Ein die Feder 35 tragendes Kappenelement 36 hat einen derartigen inneren Durchmesser, daß ein kleines Spiel zwischen ihrem

inneren Durchmesser und dem äußeren Durchmesser der Feder besteht.

Da der innere Durchmesser des Kappenelements kleiner als der Durchmesser der Kugel 34 ist, ist es möglich, den Gleitweg der Kugel zu begrenzen und ein Ausknicken der Feder 35 zu verhindern. Wenn das Abdeckteil zusammen mit der Welle

11 dreht, wird eine Zentrifugalkraft auf die Kugel 34 in Richtung radial nach außen, nämlich in Figur 2 nach oben, ausgeübt. Die Kugel wird in Figur 2 gegen die beaufschlagende Kraft der Feder 35 nach oben bewegt, wodurch das Kugelventil in seiner geöffneten Stellung gehalten wird.

Figur 3 zeigt das in den Pumpkanal 29 eingebaute Kugelventil 40, wobei das Abdeckteil 14 mit einem Zylinder 41 versehen ist, durch den das viskose Fluid in der Arbeitskammer

21 über den Pumpkanal 29 in die Speicherkammer 22 mittels 25

der Ausstoßwirkung eines Pumpvorsprungs P übertragen wird.

Eine Kugel 42 ist im Zylinder 41 eingesetzt und kann in diesem in radialer Richtung parallel zur Trennplatte 20 gleiten, wodurch das viskose Fluid nur aus der Arbeitskammer 21 in die Speicherkammer 22 strömen kann. Da der Durchmesser des einen Führungsabschnitt für die Kugel bildenden Zylinders 41 relativ größer als derjenige der Kugel 42 ist, besteht nur eine geringe Berührung zwischen dem Zylinder und der in diesem gleitenden Kugel, wodurch der Gleitrei-_QF-bungswiderstand der Kugel vermindert ist und Betriebsstörungen des Kugelventils nicht auftreten. Die Kugel 42 wird

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ständig durch eine im Zylinder 41 befindliche Feder 43 in Richtung ihrer geschlossenen Stellung beaufschlagt. Ein die Feder 43 tragendes Kappenelement 44 hat einen inneren

Durchmesser derartiger Abmessung, daß zwischen diesem und 5

dem äußeren Durchmesser der Feder 43 ein geringes Spiel besteht. Da ferner der innere Durchmesser des Kappenelements 44 kleiner als der Durchmesser der Kugel 42 ist, ist es möglich, den Gleitweg der Kugel zu begrenzen und ein Aus_n knicken der Feder 43 zu verhindern. Wenn das Abdeckelement 14 zusammen mit der treibenden Welle 11 rotiert, wird eine Zentrifugalkraft auf die Kugel 42 in Radialrichtung nach außen, nämlich in Figur 3 nach unten, ausgeübt. Die Kugel 42 wird gegen die beaufschlagende Kraft der Feder 43 in ,,- Figur 3 nach unten bewegt, wodurch sie in ihrer geöffneten Stellung gehalten wird.

Figur 4 zeigt eine u/eitere Ausführungsform des Kugelventils in Figur 3, wobei die Trennplatte 20 mit einem Pump-2Q kanal 51 versehen ist, in den ein Kugelventil 50 eingebaut ist. Dieses umfaßt eine in einem Zylinder 52 gleitende Kugel 53, eine diese ständig in ihre geschlossene Richtung beaufschlagende Feder 54, sowie ein die Feder tragendes Kappenelement 55.

Die Federkonstanten der Federn 35, 43 der Kugelventile 30, 40 sind so gewählt, daß zunächst während des Absteilens des Motors der Rückströmkanal 28 geschlossen wird und bleibt^ und anschließend der Pumpkanal 29 geschlossen und in dieser. Stellung gehalten wird.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Kupplung 10 dreht sich, wenn der Zündschlüssel ζ um Start des Motors betätigt wurde, der Rotor 16 zusammen mit der treibenden Welle 11 durch das Antriebsmoment des Motors. Da eine geringe Menge von Fluid

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in der Arbeitskammer 21 zurückbleibt, ist Fluid im Labyrinth L vorhanden und das Drehmoment des Rotors 16 uird teilweise auf das Gehäuseteil 13 und das Abdeckteil 14 mittels dessen Scherwirkung übertragen. Aufgrund der geringen Menge des in der Arbeitskammer 21 befindlichen Fluids haben die angetriebenen Teile nämlich das Gehäuseteil 13 und das Abdeckteil 14 sehr geringe Drehzahlen, verglichen mit denjenigen des Rotors 16. Da die Federkonstante der Feder 35 gering gewählt ist, wird die Kugel 34 jedoch gegen die beaufschlagende Kraft dieser Feder durch die Zentrifugalkraft während der Drehung des Abdeck-■ teils 14 in radialer Richtung nach außen bewegt, wodurch das Kugelventil 30 in geöffneter Stellung gehalten wird.

Wenn andererseits eine bestimmte Zeitspanne nach dem Start 15

des Motors verstrichen ist, steigt die Kühlwassertemperatur des Kühlers und die Bimetallfeder 27 bringt die Ventilplatte 26 zur Drehung, wodurch die Speicherkammer 22 mit der Arbeitskammer 21 über den Rückströmkanal 28 in Verbindung steht. Folglich wird aufgrund eines Anstiegs der Menge des im Labyrinth L befindlichen Fluids das Drehmoment des als treibendes Teil dienenden Rotors 16 in großem Maße auf das Gehäuse- sowie Abdeckteil 13 bzw. 14 und die Trennplatte 20 als angetriebene Teile übertragen. Folglich steigen die Drehzahlen der angetriebenen Teile im Verhältnis zur Mengenzunähme des in die Arbeitskammer 21 strömenden Fluids an.

Gleichzeitig wird die Kugel 42 des im Pumpkanal 29 befindlichen Kugelventils 40 gegen die beaufschlagende Kraft der _or. Feder 43 durch die Zentrifugalkraft während der Drehung des

Abdeckteils 14 radial nach außen bewegt, wodurch die Kugel 42 in ihrer geöffneten Stellung gehalten wird. Deshalb wird das viskose Fluid in der Arbeitskammer 21 aus dem Pumpkanal 29 in die Speicherkammer 22 mittels der Ausstoßwirkung des op- Pumpvorsprungs P übertragen. Folglich wird die Menge des in der Arbeitskammer 21 befindlichen Fluids konstant gehalten.

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Wird der Motor durch Ausschalten des Zündschlüssels abgestellt, wird die durch Drehung des Abdeckelements 14 entstandene Zentrifugalkraft klein, wodurch zunächst der Rückströmkanal 28 durch das Kugelventil 30 geschlossen wird, und anschließend nach kurzer Zeit der Pumpkanal 29 durch das Kugelventil 40 geschlossen wird. Wenn folglich die Kugel 34 in der geschlossenen Stellung gehalten wird, ist ein Überströmen des viskosen Fluids aus der Speicherkammer 22 in die Arbeitskammer 21 verhindert. Da andererseits die Kugel 42 noch für kurze Zeit in ihrer geöffneten Stellung gehalten wird und der Pumpbetrieb durch den Pumpkanal 29 fortgesetzt u/ird, verbleibt zum Zeitpunkt des Motorstillstandes nur eine geringe Menge von Fluid in der Arbeitskammer 21. Wenn der Motor zum Stillstand gebracht ist, werden

sowohl der Rückströmkanal 28 als auch der Pumpkanal 29 geschlossen gehalten, wodurch die Verbindung zwischen der Speicherkammer 22 und der Arbeitskammer 21 vollständig unterbrochen ist. Wenn somit die Drehzahl des Motors beim

OQ Abstellen unter die Leerlaufdrehzahl abfällt, wird das viskose Fluid in der Arbeitskammer 21 in die Speicherkammer 22 übertragen. Nach dem Stillstand des Motors ist ein Rückströmen des Fluids in die Arbeitskammer 21 verhindert. Deshalb ist es möglich, das Phänomen der Überkühlung, das j._n

2g herkömmlicher Weise nach dem Start des Motors entsteht, zu vermeiden.

Die Erfindung wurde zwar anhand spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß mannigfaltige Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Offenbart ist eine auf Temperatur ansprechende Fluidkupplung zum Antrieb eines Lüfterrades einer Brennkraftmaschine. Hierbei ist sowohl in einem Fluidrückströmkanal als auch in einem Pumpkanal ein Kugelventil eingebaut. Dieses umfaßt eine in

1 radialer Richtung gleitende Kugel, eine diese in die geschlossene Stellung fceaufschlagenäe Feder und ein Kappenelement, das die Feder abstützt und den Gleitweg der Kugel begrenzt.

Claims

Pellmann - Grams - Struif 3324982

Dipl.-Ing. H.Tiedtke M Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams ' Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 2* 8000 München 2

Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent Mund

11. Juli 1983

DE 3115 / case W-2064

Patentansprüche

l.)Auf Temperatur ansprechende Fluidkupplung zum Antrieb eines Lüfterrades einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine treibende VJeile (11), die zur Drehung durch einen Motor angetrieben wird, ein auf dieser Welle drehbar montiertes Gehäuse (13, 14) einen im inneren Hohlraum des Gehäuses aufgenommenen und mit der Welle verbundenen Rotor (16), eine den Hohlraum in eine Speicherkammer (22) für ein viskoses Fluid und in eine den Rotor aufnehmende Arbeitskammer (21) unterteilende Trennplatte (20), einen in der Trennplatte ausgebildeten Rückströmkanal (28) zum Rückströmen des Fluids aus der Speicherkammer in die Arbeitskammer, eine sich auf der Trennwand in Abhängigkeit von Temperaturen eines Kühlwassers eines Motorkühlers drehende Ventilplatte (26) zur Steuerung der Fluidverbmdung durch den Rückströmkanal, einen im Gehäuse ausgebildeten Pumpkanal (29) zur Übertragung des Fluids aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer, und durch in den Rückstromkanal und im Pumpkanal eingebaute Kugelventile (30, AO, 50), wobei ein Kugelventil eine in radialer Richtung gleitende Kugel (34, 42, 53), eine die Kugel in Richtung ihrer geschlossenen Stellung beaufschlagende Feder (35, 43, 54) sowie ein Kappenelement (36, 44, 55) umfaßt, das die Feder

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abstützt und den Gleitweg der Kugel begrenzt, und wobei die Federkonstante der Feder derart abgestimmt ist, daß beim Anhaltevorgang des Motors zunächst der Rückströmkanal geschlossen wird und bleibt und anschließend der Pumpkanal geschlossen wird und bleibt.
2. Fluidkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkanal (29) in der Trennplatte (20)

ausgebildet ist.
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3. Fluidkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelventil (30, 40, 50) einen Zylinder (31, 41, 52) umfaßt, der einen Führungsabschnitt für die Kugel (34, 42, 53) bildet.
4. Fluidkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (31, 41, 52) einen relativ größeren Durchmesser als die Kugel (34, 42, 53) hat.
5. Fluidkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kappenelement (36, 44, 55) einen inneren Durchmesser derart hat, daß zwischen dem Kappenelement und der Feder (35, 43, 54) ein geringes Spiel ist.
6. Fluidkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser des Kappenelements (36, 44, 55) kleiner als der Durchmesser der Kugel (34, 42, 53) ist.