DE3444928C2 - Visko-Lüfterkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Visko-Lüfterkupplung ent­ sprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Visko-Lüfterkupplung der obengenannten Bauart ist bei­ spielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 31 22 960 bekannt. Bei dieser bekannten Visko-Lüfterkupplung ist der Zylinderstift, der die Bewegung des Bimetalls durch die Wan­ dung der Visko-Lüfterkupplung auf eine Ventileinrichtung überträgt, mit einer Dichtung versehen, die im Deckel ange­ ordnet ist. Diese Dichtung verhindert einerseits das Ein­ dringen von Schmutz in das Innere der Lüfterkupplung und an­ dererseits das Austreten von Scherflüssigkeit, beispielsweise während des Transportes.

Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 4 086 987 eine Visko- Lüfterkupplung bekannt, bei welcher im Deckel ein Wachselement dicht integriert ist, welches in Richtung auf den Ventilhebel mit einer gummielastischen Abdichtung versehen ist, in die ein Betätigungsstift mit seinem einen, vergrößerten Ende einge­ setzt und verankert ist. Mit seinem anderen Ende durchdringt der Stift eine Führung auf der Innenseite des Deckels zur Be­ aufschlagung des Ventils. Eine Dichtfunktion gegenüber der Außenseite des Deckels ist hier nicht gegeben, da der Deckel die gesamte temperaturempfindliche Einheit dicht nach außen hin umschließt. Die gummielastische Dichtung wird dabei an ihrem Außendurchmesser in einem Gehäuseteil axial verschoben und da sie gleichzeitig gegenüber dem Wachs abdichten muß, ist hier eine erhöhte Reibung während des Regelvorgangs zu über­ winden.

Dichtungen dieser Art wirken sich in Folge ihrer Reibung un­ günstig auf das Schaltverhalten der Kupplung aus und verhin­ dern, wenn ihre Dichtfunktion einwandfrei ist, einen Druck­ ausgleich zwischen dem Vorratsraum und der Atmosphäre.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Visko- Lüfterkupplung der obengenannten Bauart dahingehend zu ver­ bessern, daß bei einwandfreiem Schaltverhalten eine möglichst einfache und sichere Abdichtung im Bereich der Übertragungs­ elemente der Temperatursteuerung vorgesehen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch die Anordnung einer Dichtung aus elastischem Material mit hohlkegelförmigem Dichtteil ist es möglich, zumindest im Regelbereich der Zumeßeinrichtung den Einfluß der Dichtung lediglich auf die axiale Federung des hohlkegelförmigen Dichtteils zu beschränken. Dadurch wird ei­ nerseits ein exaktes Regelverhalten erreicht und andererseits kann die Bohrung für den Zylinderstift so ausgelegt werden, daß sie keine Dichtfunktion übernehmen muß, sondern lediglich die Führung des Zylinderstiftes. Dadurch kann auch an dieser Stelle mit einer äußerst niedrigen Reibung gerechnet werden. Außerhalb des Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereiches der Zumeßeinrichtung, also bei sehr niedrigen Umgebungstempera­ turen, wird die Dichtung im Bereich ihres Grundkörpers axial verspannt und kann radial ausweichen. Bei Rückstellung des Bimetalls infolge ansteigender Temperatur kann sich der Grundkörper dann wieder in seine ursprüngliche Form - infolge seiner Ei­ genelastizität - zurückbilden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Grundkörper der Dichtung innerhalb der Bewegung des Zylinderstiftes entsprechend dem Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereich der Zumeßeinrichtung mit diesem zusammen die Verschiebebewegung ausführt. Dadurch ist sichergestellt, daß innerhalb des Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereiches der Zumeßeinrichtung keine Reibung zwischen dem Zylinderstift und der Dichtung stattfindet, sondern lediglich eine im wesent­ lichen axiale, elastische Verformung des Dichtteiles gegenüber der senkrecht zur Verschiebebewegung des Zylinderstiftes an­ geordnete Dichtfläche.

Nach den weiteren Ansprüchen ist es nun möglich, einerseits das hohlkegelförmige Dichtteil über den gesamten Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereich des Bimetalls auf der ebenen Dichtfläche des Gehäuses aufliegen zu lassen oder - vorzugs­ weise im Endbereich des Regel- und gleichzeitigen Bewegungs­ bereiches der Zumeßeinrichtung entsprechend dem maximalen Zu­ lauf von Scherflüssigkeit in den Arbeitsraum - das Dichtele­ ment von der Dichtfläche abheben zu lassen. Im ersten Fall ist dafür Sorge getragen, daß über den gesamten vorkommenden Tem­ peraturbereich und somit über den gesamten Verschiebeweg des Zylinderstiftes die Dichtung mit ihrem Dichtrand an der Dichtfläche anliegt und somit kein Schmutz von außen in die Führung des Zylinderstiftes eintreten kann. Andererseits ist jedoch vor allem im zugeschalteten Zustand der Kupplung ent­ sprechend den Spitzentemperaturen die Möglichkeit gegeben, daß sich der Vorratsraum über die in dieser Betriebsstellung nur unter ganz geringer Kraft anliegende Dichtlippe selbst ent­ lüften kann. Der andere mögliche Fall ist der, daß sich ins­ besondere im Endbereich der Regelbewegung entsprechend der höchsten Temperatur die Dichtlippe geringfügig von der Dicht­ fläche des Gehäuses abhebt und somit automatisch der Weg für eine Entlüftung freigemacht wird. Eine Verschmutzung ist in diesem Fall unwahrscheinlich, da die Bewegungen innerhalb des Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereiches der Zumeßeinrich­ tung an der Stelle der Dichtung allenfalls einige Zehntel Millimeter betragen.

Der Winkel des Hohlkegels beträgt vorzugsweise etwa 120°.

Die Erfindung wird anschließend an Hand zweier Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Lüfterkupplung;

Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer Dich­ tung in stark vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 ist der Längsschnitt einer Visco-Lüfterkupplung wieder­ gegeben, aus welchem der prinzipielle Aufbau insbesondere der temperaturabhängigen Steuerung der Zumeßeinrichtung der Scher­ flüssigkeit hervorgeht. Die Lüfterkupplung 1 ist über ihr Gehäu­ se 4 und ein Lager 24 auf der Welle 3 angeordnet. Die Welle 3 wird beispielsweise von einer Brennkraftmaschine angetrieben. Das Gehäuse umfaßt weiterhin den Deckel 5 sowie eine zwischen Deckel 5 und Gehäuse 4 eingespannte Trennwand 6. Zwischen der Trennwand 6 und dem Gehäuse 4 sind Scherspalte 9 und 10 gegenüber einem Läu­ fer 2 vorgesehen, welcher drehfest auf der Welle 3 angeordnet ist. In der Trennwand 6 ist im Bereich des äußeren Umfanges des Läufers 2 eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung vorgesehen, welche bei Relativdrehzahl zwischen dem Läufer 2 und dem Gehäu­ se 4 Scherflüssigkeit von den Arbeitsspalten 9 und 10 in den Vor­ ratsraum 8 pumpt, der vom Deckel 5 und von der Trennwand 6 gebil­ det wird. Auf der Außenseite des Deckels 5 ist in einem Halter 15 ein längliches Bimetall 14 derart befestigt, daß es etwa in sei­ nem mittleren Bereich auf einen Zylinderstift 13 einwirken kann der in einer Bohrung 17 axial verschiebbar gelagert ist. Dabei verläuft diese Bohrung 17 etwa parallel zur Drehachse 25 der Lüf­ terkupplung 1. Der Zylinderstift 13 wirkt innerhalb des Vorrats­ raumes 8 auf einen Ventilhebel 11 ein, der eine Ventilöffnung 12 in der Trennwand 6 verschließen kann.

Die prinzipielle Wirkungsweise der Lüfterkupplung ist nun folgen­ de:

Durch die Anordnung der Lüfterkupplung direkt hinter dem Kühler der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine wird diese und somit auch das Bimetall 14 durch die Kühlluft beaufschlagt. Bei Tempe­ raturen bis zur normalen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschi­ ne nimmt das Bimetall 14 etwa die in Fig. 1 gezeigte Stellung ein. Dabei wirkt es mit einer geringen Kraft über den Zylinder­ stift 13 auf den Ventilhebel 11, der durch Eigenspannung das Be­ streben hat, von der Ventilöffnung 12 abzuheben. Bei geschlosse­ ner Ventilöffnung 12 entsprechend der Darstellung sind nun die Scherspalte 9 und 10 durch die Pumpeinrichtung leergepumpt, so daß sich die Scherflüssigkeit im Vorratsraum 8 befindet. Bei zu­ nehmender Temperaturbeaufschlagung des Bimetalles 14 wölbt sich dieses in zunehmendem Maße derart, daß es von der Lüfterkupplung 1 wegstrebt. Dadurch kann sich der Zylinderstift 13 zusammen mit dem Ventilhebel 11 ebenfalls in die gleiche Richtung bewegen, so daß die Ventilöffnung 12 mehr oder weniger freigegeben wird. Durch die freigegebene Ventilöffnung 12 kann die Scherflüssigkeit in die Scherspalte 9 und 10 eindringen, so daß zwischen dem Läu­ fer 2 und dem Gehäuse 4 bzw. der Trennwand 6 ein entsprechendes Drehmoment zum Antrieb der Lüfterflügel übertragen wird.

Zur Abdichtung der Bohrung 17 im Deckel 5 zur Führung des Zylin­ derstiftes 13 wird eine Dichtung 18 bzw. 19 vorgeschlagen. Beide Dichtungsausführungen weisen eine zentrische Öffnung 21 auf, mit welcher die entsprechende Dichtung auf dem Außenumfang des Zylin­ derstiftes 13 aufgesetzt ist, und zwar in dessen aus dem Deckel 5 herausragenden Bereich. Damit sind die Dichtungen 18 und 19 zwi­ schen dem Bimetall 14 und dem Deckel 5 angeordnet, wobei der Dec­ kel 5 in diesem Bereich eine Dichtfläche 16 aufweist, die senk­ recht zur Bohrung 17 verläuft. Jede der beiden Dichtungen 18 und 19 weist, an den Grundkörper 20 anschließend, ein hohlkegelförmi­ ges Dichtteil 22 auf, das sich vom Grundkörper 20 ausgehend und von diesem wegweisend, erweitert. Der Winkel für diesen Hohlke­ gel beträgt vorzugsweise etwa 120°. Dieser hohlkegelförmige Dicht­ teil 22 wird in Richtung auf die Dichtfläche 16 auf dem Zylinder­ stift 13 montiert. Durch entsprechende Abstimmung des Bauraumes zwischen dem Bimetall 14 und der Dichtfläche 16 sowie der axialen Erstreckung der Dichtungen 18 bzw. 19 ist es nun mögliche, die beiden anschließend beschriebenen Bewegungsabläufe zwischen Dich­ tung einerseits und Zylinderstift 13 bzw. Dichtfläche 16 anderer­ seits festzulegen:

• 1. Der axiale Platz für die Dichtung ist so ausgelegt, daß im ge­ samten Regelbereich der Zumeßeinrichtung, d. h., von der Stellung des Ventilhebels 11 bei geschlossener Ventilöffnung 12 bis zur Stellung entsprechend der maximalen Öffnung entspre­ chend der voll zugeschalteten Lüfterkupplung, liegt die Dicht­ lippe des hohlkegelförmigen Dichtteiles 22 infolge ihrer Ei­ genelastizität auf der Dichtfläche 16 des Deckels 5 auf. In­ nerhalb dieses Regelbereiches wird der Kegelwinkel von ursprüng­ lich 120° mehr oder weniger vergrößert, wobei lediglich die elastische Verformungskraft des Dichtbereiches der Dichtungen 18 und 19 vom Bimetall 14 zusätzlich übernommen werden muß. Da diese Kraft sehr gering ist und praktisch unter Ausschluß von Reibung aufgenommen wird, weist das Regelverhalten einer derart ausgerüsteten Visco-Lüfterkupplung eine äußerst geringe Hysteresis auf, innerhalb des Regelbereiches ist somit keiner­ lei Axialverschiebung zwischen dem Zylinderstift 13 und dem Grundkörper 20 der Dichtungen 18 bzw. 19 nötig. Bei stark ab­ sinkender Temperatur und bei längst geschlossener Ventilöff­ nung 12 wird die Dichtung 18 bzw. 19 elastisch zusammenge­ drückt, wobei der Kegelwinkel des Dichtteiles 22 180° nicht übersteigt. Bei daran anschließender Temperaturerhöhung wird sich der Grundkörper 20 wieder entsprechend ausdehnen und au­ tomatisch seine vorgegebene Stellung gegenüber dem Zylinder­ stift 13 für den nächsten Regelvorgang einnehmen. Da nun die Bohrung 17 für den Zylinderstift 13 von ihrer Dichtfunktion befreit ist, kann sie mit entsprechend großem Spiel ausgeführt werden, so daß der Zylinderstift 13 seiner Axialverschiebung praktisch keine Reibkraft entgegensetzt. Gleichzeitig ist es möglich, bei zugeschalteter Lüfterkupplung deren Innenraum über die Bohrung 17 am Dichtteil 22 vorbei zu entlüften, da dieses ja im Regelbereich nur mit ganz geringer axialer Vor­ spannung an der Dichtfläche 16 aufliegt. Beim Abkühlen der Lüfterkupplung wird die Dichtung 18 bzw. 19 wieder mit größe­ rer Kraft an die Dichtfläche 16 angedrückt, so daß keine Luft von außen und somit auch kein Schmutz angesaugt werden kann.
• 2. Es ist jedoch auch möglich, die Dichtung innerhalb ihres axialen Einbauraumes so mit diesem abzustimmen, daß bei maxi­ maler Öffnung des Ventilhebels 11 entsprechend der voll zuge­ schalteten Lüfterkupplung der hohlkegelförmige Dichtteil 22 gerade von der Dichtfläche 16 abhebt. Damit ist ein vollkom­ mener und automatischer Druckausgleich zwischen dem Innenraum der Lüfterkupplung und der Atmosphäre sichergestellt. Eine Ge­ fahr für die Verschmutzung der Dichtfläche und der Bohrung 17 ist dadurch nicht gegeben, da die Verschiebebewegungen des Zy­ linderstiftes 13 durch das Bimetall 14 in diesem Bereich we­ nige Zehntelmillimeter betragen. Die Abstimmung kann in diesem Falle sogar so erfolgen, daß vom Beginn der Öffnung der Ven­ tilöffnung 12 ab das Dichtteil 22 von der Dichtfläche 16 ab­ hebt, so daß der Regelbereich völlig frei von jeglicher Bela­ stung durch die Dichtungen 18 und 19 und somit völlig ohne Hysteresis ist. Dadurch kann eine ganz exakte Temperaturrege­ lung innerhalb eines sehr geringen Temperaturbereiches erzielt werden.

Der Unterschied zwischen den beiden Dichtungen 18 und 19 ist da­ rin zu sehen, daß der Grundkörper 20 bei der Dichtung 19 etwa den gleichen Außendurchmesser wie das Dichtteil 22 aufweist, während bei der Dichtung 18 der Grundkörper 20 einen kleineren Durchmes­ ser aufweist, der direkt in das hohlkegelförmige Dichtteil 22 übergeht. Für beide Dichtungen 18 und 19 gilt, daß sie innerhalb des Regelbereiches der Lüfterkupplung mit ihrem Grundkörper 20 fest auf dem Außenumfang des Zylinderstiftes 13 sitzen und ledig­ lich eine axial elastische Verformung des Dichtteiles 22 erfah­ ren. Durch den relativ großen Öffnungswinkel des Kegels von etwa 120° in unbelastetem Zustand ergibt sich dabei einmal eine sehr geringe axiale, elastische Verformungskraft und zum anderen eine verschwindend kleine Reibkraft auf der Dichtfläche 16 in radialer Richtung. Durch eine derartige Dichtung ist es möglich, die Pas­ sung zwischen der Bohrung 17 und dem Zylinderstift 13 so zu wäh­ len, daß dieser extrem leicht verschiebbar ist. Gleichzeitig kann durch diese Öffnung die Entlüftung des Innenraumes der Lüfter­ kupplung erfolgen, wodurch die Abdichtung des Lagers 24 im heißen Zustand der Lüfterkupplung nicht belastet wird.

Claims (4)

1. Visko-Lüfterkupplung, bestehend im wesentlichen aus einem angetriebenen Läufer, der mit einem Gehäuse Scherspalte bildet, einem Gehäuse, das mit Lüfterflügeln versehen ist, einem Arbeitsraum, einem Vorratsraum, Scherflüssig­ keit, die vom Arbeitsraum in den Vorratsraum gepumpt wird, einer temperaturabhängig steuerbaren Zumeßeinrich­ tung für den Übertritt von Scherflüssigkeit aus dem Vor­ ratsraum in den Arbeitsraum, einem Bimetallelement auf der Frontseite der Lüfterkupplung, welches über einen etwa axial verschiebbaren Zylinderstift auf die Zumeß­ einrichtung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem aus dem Gehäuse (5) herausragenden Teil des Zylinder­ stiftes (13) eine Dichtung (18, 19) aus elastischem Mate­ rial axial verschiebbar aufgesetzt ist, die im wesent­ lichen aus einem Grundkörper (20) sowie einem in Achs­ richtung abstehenden, hohlkegelförmigen Dichtteil (22) besteht, der vom Grundkörper (20) ausgeht und sich von diesem wegweisend erweitert und der mit seinem größeren Durchmesser zumindest im Regel- und gleichzeitigen Bewe­ gungsbereich des Bimetallelementes (14) außerhalb des Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereiches der Zumeß­ einrichtung (11, 12) unter axialer Vorspannung durch das Bimetallelement (14) auf einer ebenen Dichtfläche (16) des Gehäuses (15), die senkrecht zur Verschiebebewegung des Zylinderstiftes (13) verläuft, aufliegt.

2. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper (20) der Dichtung (18, 19) innerhalb der Bewegung des Zylinderstiftes (13) entsprechend dem Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbe­ reich der Zumeßeinrichtung (11, 12) mit diesem zusammen die Verschiebebewegung ausführt.

3. Visko-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlkegelförmige Dichtteil (22) vorzugsweise im Endbereich des Regel- und gleichzeitigen Bewegungsbereiches der Zumeßeinrichtung (11, 12) entspre­ chend dem maximalen Zulauf von Scherflüssigkeit in den Arbeitsraum (9, 10) von der Dichtfläche (16) des Gehäu­ ses (5) abhebt.

4. Visko-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkegel (22) vorzugsweise einen Winkel von etwa 120° aufweist.