DE3439794A1

DE3439794A1 - Viskoluefterkupplung mit verbessertem kaltstartverhalten

Info

Publication number: DE3439794A1
Application number: DE19843439794
Authority: DE
Inventors: Gerd Ing.(grad.) 8721 Dittelbrunn Brunken
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1984-10-31
Publication date: 1986-04-30
Also published as: JPH0810016B2; US4665694A; GB2166523A; DE3439794C2; GB2166523B; GB8526310D0; FR2572481B1; JPS61109922A; FR2572481A1

Description

FICHTEL & SACHS AG, Schweinfurt

ANR 1 001 *85 Reg.-Nr.

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Viskolüfterkupplung mit verbessertem Kaitstartverhalten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viskolüfterkupplung, insbesondere zum Antrieb von Lüfterflügeln von flüssigkeitsgefüllten Brennkraftmaschinen, bestehend u. a. aus einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Läufer, einem Gehäuse, welches gegenüber dem Läufer drehbar gelagert ist, diesen umgibt und einen Arbeitsraum bildet, einem Vorratsraum für Scherflüssigkeit, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand abgetrennt ist, einer Pumpeinrichtung mit einer öffnung in der Trennwand nahe dem Außendurchmesser des Läufers zum Überführen von Scherflüssigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum bei Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse sowie einer temperaturabhängig steuerbaren öffnung in der Trennwand auf einem kleineren Durchmesser als die Pumpöffnung zum Übertritt von Scherflüssigkeit vom Vorratsraum in den Arbeitsraum.

Eine Viskolüfterkupplung der obengenannten Bauart ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 9 959 bekannt. Bei dieser ist zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens ein Kanal vorgesehen, in welchem die aus dem Arbeitsraum abgepumpte Scherflüssigkeit über ein Rohrstück bis nahe an die Drehachse in den Vorratsraum hineinreicht. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß bei stehender Viskolüfterkupplung Scherflüssigkeit durch die Schwerkraft über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum zurücklaufen kann. Diese zurückgelaufene Scherflüssigkeit ver-

schlechtert das Kaltstartverhalten Insbesondere dann, wenn der Kaltstart bei sehr niedrigen Temperaturen stattfindet. Trotz der ausgekühlten Brennkraftmaschine überträgt In einem solchen Fall die Lüfterkupplung praktisch ohne Schlupf die Drehbewegung auf die Lüfterflügel, was einer schnellen Erwärmung der Brennkraftmaschine zuwiderläuft. Zum anderen erfolgt nur sehr zögernd der Abpumpvorgang der Scherflüssigkeit aus den Arbeitsräumen, da hier ja eine sehr geringe Relativdrehzahl vorhanden ist. Weiterhin erzeugt die Lüfterkupplung bei einem solchen Betrieb erhöhte Lüftergeräusche. Der in der europäischen Patentanmeldung vorgeschlagene Weg, den Kaltstart zu verbessern, bringt jedoch nur einen Teilerfolg, da für das Funkt Ion!eren Voraussetzung ist, daß die Lüfterkupplung beim Abstellen der Brennkraftmaschine ausgeschaltet war und somit die Scherflüssigkeit im wesentlichen sich Im Vorratsraum befand. Wird die Brennkraftmaschine jedoch im heißen Zustand des Kühlsystems abgestellt, wenn also die Lüfterkupplung zugeschaltet war und die Scherflüssigkeit sich im Umlauf und somit im Arbeitsraum befand, so mußte der darauffolgende Kaltstart ebenfalls mit hohen Drehzahlen und ungünstigen Verhältnissen beginnen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung des Standes der Technik dahingehend zu erzielen, daß mit möglichst einfachen Mitteln prinzipiell jeder Kaltstartvorgang unter günstigen Bedingungen abläuft. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch das Vorsehen eines Auffangraumes für Scherflüssigkeit, in welchem sich ein Teil der Scherflüssigkeit bei stehender Lüfterkupplung selbsttätig sammelt und aus welchem bei umlaufender Lüfterkupplung die Scherflüssigkeit verzögert dem Kreislauf zugeführt werden kann, Ist sichergestellt, daß bei jedem Kaltstart mit Sicherheit der Flüssigkeitsstand Im Arbeitsraum soweit abgesenkt ist, daß bereits von Anfang an ein erheblicher Schlupf zwischen Antrieb und Abtrieb auftritt, der einerseits die Lüfterdrehzahl begrenzt und der andererseits dafür sorgt, daß die Pumpelnrlchtung sofort wirksam wird, um den Rest der Scherflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum abzupumpen.

Der Auffangraum wird vorzugsweise konzentrisch zur Drehachse als Ringraum ausgeführt, mit einem ringförmigen Spalt als Zulauf im Bereich seines kleinen Durchmessers und mit wenigstens einer kleinen Ablauföffnung im Bereich seines großen Durchmessers. Der Ringraum ist dabei vorzugsweise im Gehäuse angeordnet auf der der Trennwand abgewandten Seite des Läufers. Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, den Auffangraum in einem hohlen oder beispielsweise doppelwand I gen Läufer unterzubringen.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Lüfterkupplung im Ruhezustand;

Fig. 2 den Längsschnitt durch die gleiche Lüfterkupplung unmittelbar nach dem Kaltstart.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine Lüfterkupplung im Ruhezustand. Auf der von der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebswelle 1 if ist ein Läufer 17 fest angeordnet. Auf der Antriebswelle 14 ist ein Wälzlager 13 angeordnet, welches das Gehäuse 15 trägt. Das Gehäuse 15 ist unter Zwischenschaltung einer Trennwand 6 mit einem Deckel k dicht verbunden. Zwischen der Trennwand 6 und dem Gehäuse 15 einerseits und dem Läufer 17 andererseits sind die Scherspalte 8 zur Drehmomentübertragung mittels der Scherflüssigkeit angeordnet. Die Scherspalte 8 bilden zusammen mit dem Gehäuse 15, der Trennwand 6 und dem Läufer 17 den Arbeitsraum 9. Der Deckel 4 und die Trennwand 6 bilden den Vorratsraum 7. Auf dem Deckel 4 ist außen ein Halter 18 angeordnet, der ein Bimetall 1 trägt. Dieses Bimetall 1 überträgt seine bei Temperaturänderungen sich ändernde Spannung über den Stift 10 auf eine Ventilplatte 2, die an der Trennwand 6 befestigt ist. Die Ventilplatte 2 hat durch Eigenspannung das Bestreben, eine Venti1 öffnung 5 in der Trennwand 6 offen zu halten. In der Trennwand 6 befindet sich im Bereich des Außenumfangs des Läufers 17 eine Pumpöffnung 11, welche den Ar-

beitsraum 9 mit dem Vorratsraum 7 verbindet. Im Gehäuse 15 befindet sich im Bereich dieser Pumpöffnung 11 eine Pumpeinrichtung 16, weiche bei Relativdrehzahl zwischen dem Läufer 17 und dem Gehäuse 15 Scherflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 9 in den Vorratsraum 7 pumpt. Weiterhin ist im Gehäuse 15 ein Ringraum angeordnet, dessen Außendurchmesser D etwa mit dem Bereich zusammenfällt, in welchem die Scherspalte 8 noch wirksam sind. Der kleine Durchmesser d reicht dabei über einen größeren Winkelbereich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Scherflüssigkeit im Ruhezustand. Der Ringraum 3 ist in Richtung auf den Läufer zu mit einer Ringwand 19 teilweise verschlossen, und zwar derart, daß im Bereich des kleinen Durchmessers d des Ringraumes eine Zulauföffnung 21 in Form eines Ringspaltes frei bleibt. Im Bereich des großen Durchmessers D weist die Ringwand 19 wenigstens eine Ablauföffnung 20 mit kleinem Durchmesser auf.

Im Ruhezustand der Lüfterkupplung ist die Venti1 öffnung 5 normalerweise verschlossen. Die Scherflüssigkeit sammelt sich in der unteren Hälfte von Vorratsraum 7 und Arbeitsraum 9. Dabei kann zwischen beiden Räumen ein Austausch von Scherflüssigkeit stattfinden durch die Pumpöffnung 11. War die Scherflüssigkeit vor dem Abstellen noch kalt, so wird dieser Ausgleich im Flüssigkeitsstand langer dauern. Selbst bei völlig leergepumptem Arbeitsraum 9 ist es also der Scherflüssigkeit möglich, mit der Zeit in den Arbeitsraum 9 einzudringen. Damit ist es ihr auch möglich, über die Zulauföffnung 21 in den Ringraum 3 zu gelangen. Dieser füllt sich nunmehr ebenfalls in seinem unteren Bereich mit Scherflüssigkeit. Bei einem darauffolgenden Kaltstart stellen sich unmittelbar nach Beginn des Antriebs der Antriebswelle 14 und ihrer Rotation um die Drehachse 22 die Verhältnisse ein, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Durch die angetriebene Antriebswel1e 14 wird über die in der unteren Hälfte der Viskolüfterkupplung angesammelte Scherflüssigkeit in einem Teilbereich des Arbeltsraumes 9 die Drehbewegung teilweise auf das Gehäuse 15 übertragen. Damit stellt sich in kürzester Zeit in jedem der Räume ein unterschiedlicher Flussigkeits-

spiegel ein. Der Flüssigkeitsspiegel in den Scherspalten 8 sinkt sofort entsprechend der gleichmäßigen Verteilung der dort vorhandenen Scherflüssigkeit etwa auf das in Fig. 2 dargestellte Maß. Der Flüssigkeitsstand im Vorratsraum 7 wird nur dann den gleichen Stand wie In den Scherspalten 8 erreichen, wenn der Vorratsraum 7 im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist. In den meisten Fällen, wie auch in der Darstellung, ist er jedoch im radial inneren Bereich axial tiefer ausgebildet, so daß der Flüssigkeitsstand einen höheren Pegel erreicht. Auch die im Ringraum 3 anwesende Scherflüssigkeit wird sich nunmehr ringförmig verteilen und beispielsweise den angedeuteten Stand erreichen. Der in Fig. 2 dargestellte Betriebszustand, der sich sofort nach dem Kaltstart einstellt, ist dadurch bemerkenswert, daß die im Ringraum 3 angeordnete Scherflüssigkeit dem übrigen Kreislauf entzogen Ist. Dadurch war schon gemäß FIg. 1 im Stillstand der Lüfterkupplung der Flüssigkeitsspiegel insgesamt abgesenkt und dadurch Ist er jetzt sowohl im Vorratsraum 7 als auch im Arbeitsraum 9 ebenfalls abgesenkt. Dadurch ergibt sich beim Kaltstart von vornherein eine geringere Drehmomentübertragung zwischen dem Läufer 17 und den Lüfterflügelη 12, so daß gegenüber dem normalen Kaltstart ein niedrigeres Geräusch und eine niedrigere Lüfterleistung erzielt wird und zum anderen ergibt sich durch den höheren Schlupf eine erheblich wirksamere Pumpleistung der Pumpeinrichtung 16. Es ist somit sichergestellt, daß in kürzester Zeit die Scherspalte 8 von der restlichen Scherflüssigkeit leergepumpt werden. Damit ist der Idealzustand für den Kaltstart erreicht, nämlich eine möglichst geringe Drehmomentübertragung und somit ein möglichst großer Schlupf. Die im Ringraum 3 zurückgehaltene Scherflüssigkeit kann infolge ihrer hohen Viskosität beim Kaltstart nur ganz langsam aus der Ablauföffnung 20 in den Arbeitsraum 9 gelangen, wobei sie sofort von der Pumpeinrichtung 16 in den Vorratsraum 7 abgepumpt wird. Sie erhöht damit die Drehmomentübertragung kaum meßbar.

Wird die Lüfterkupplung im betriebswarmen Zustand abgestellt und kurz darauf neu gestartet, so kann die im Ringraum 3 angesam-

rnelte Scherflüssigkeit infolge Ihrer hohen Temperatur und somit ihrer niedrigeren Viskosität auch durch die kleine Ablauföffnung 20 in relativ kurzer Zeit dem Kreislauf zugeführt werden.

FRP-2 Ho/Bbl
19.10.84

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. VIskolüfterkupplung, Insbesondere zum Antrieb von Lüfterflügeln von f1üssigkeItsgekühlten Brennkraftmaschinen, bestehend u. a. aus einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Läufer, einem Gehäuse, welches gegenüber dem Läufer drehbar gelagert ist, diesen umgibt und einen Arbeitsraum bildet, einem Vorratsraum für Scherflüssigkeit, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand abgetrennt ist, einer Pumpeinrichtung mit einer öffnung in der Trennwand nahe dem Außendurchmesser des Läufers zum Überführen von Scherflüssigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum bei Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse sowie einer temperaturabhängig steuerbaren öffnung in der Trennwand auf einem kleineren Durchmesser als die Pumpöffnung zum Übertritt von Scherflüssigkeit vom Vorratsraum in den Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck eines verbesserten Kaltstartverhaltens ein Auffangraum C3) vorgesehen ist, der sich bei nicht rotierender Lüfterkupplung mit einem Teil der Scherflüssigkeit selbsttätig füllt und aus welchem bei umlaufender Lüfterkupplung die Scherflüssigkeit verzögert dem Kreislauf zuführbar ist.

2. Viskolüfterkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangraum (3) konzentrisch zur Drehachse Cl¹O als Ringraum ausgeführt ist mit einem kleinen Durchmesser Cd) und einem großen Durchmesser CD), mit einer vorzugsweise ringförmigen ZuI auföffnung C21) im Bereich des kleinen Durchmessers Cd), die teilweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bei stehender Lüfterkupplung angeordnet ist, und zumindest einer kleinen Ablauföffnung C20) im Bereich des großen Durchmessers CD).

3. Viskolüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum C3) vorzugsweise im Gehäuse C15) angeordnet ist, auf der der Trennwand C6) abgewandten Seite des Läufers C17).

4. Viskolüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3) radial innerhalb des Arbeitsraumes (95 angeordnet ist.

FRP-2 Ho/Bb3
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