DE3445664C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsreibungskup­ plung nach dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruches 1 und geht dabei von der US-PS 32 62 528 (Fig. 7) aus.

Bei dieser bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung läuft die Primärscheibe, die eine innere Vorratskammer aufweist, in der Arbeitskammer des Kupplungsgehäuses (Sekundärteil) um. Die innere Vorratskammer ist mit der Arbeitskammer über zwei Öff­ nungen in der Primärscheibe verbunden, wobei die eine als Leckölbohrung und die andere als eine Überströmöffnung ausge­ bildet ist, die von einem beweglichen, temperaturabhängig gesteuerten Staukörper kontrolliert wird: Bei in die Arbeits­ kammer hineinragendem Staukörper wird das viskose Fluid aus der Arbeitskammer in die Vorratskammer gefördert, und bei in die Vorratskammer zurückgezogenem Staukörper wird das Fluid infolge Zentrifugalkraft aus der Vorratskammer über die Über­ strömöffnung in die Arbeitskammer gedrückt. Dabei ergibt sich - mit Bezug auf Fig. 7 der US-PS 32 62 528 - eine entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtete Fluid-Strömung in der Arbeits­ kammer der Kupplung. Das Fluid strömt also zunächst aus der Überströmöffnung radial nach außen, gelangt dann von dem rückwärtigen Teil der Arbeitskammer über den zylindrischen Umfangsteil der Primärscheibe in den vorderen Teil der Ar­ beitskammer, d.h. auf die vordere Stirnseite der Primärschei­ be. Dort wird das Fluid durch Fördereinrichtungen (Pumpnuten) entgegen der Zentrifugalkraft radial nach innen gefördert, bis es über die radial innenliegende Kante der Primärscheibe wieder in die Vorratskammer eintreten kann. Diesem erwähnten, durch den beweglichen Staukörper kontrollierten Fluid-Strom ist ein zweiter Fluid-Strom aufgrund der Leckölbohrung in der Primärscheibe überlagert. Dieser ständige Leckölstrom ist zum Zwecke der Kühlung vorgesehen, um bei erhöhter Innenraumtem­ peratur, z.B. infolge zu starken Schlupfes, die entstehende Wärme abzutransportieren. Nachteilig bei dieser bekannten Kupplung ist die relativ hohe Leerlaufdrehzahl, die sich ei­ nerseits aus dem ständigen Leck- bzw. Kühlstrom und anderer­ seits aus dem relativ weit radial innenliegenden Staukörper ergibt, der nicht in der Lage ist, sämtliches Fluid aus der Arbeitskammer in die Vorratskammer abzupumpen. Darüber hinaus bedeutet die relativ hohe Leerlaufdrehzahl dieser Kupplung auch eine unnötige Leistungsaufnahme, die unerwünscht ist. Schließlich stellt der Staukörper infolge seiner Reibung an der sekundärseitigen Arbeitsfläche ein Verschleißteil mit begrenzter Lebensdauer dar.

Durch die DE-OS 24 39 256 wurde eine Flüssigkeitsreibungs­ kupplung bekannt, deren Aufgabe in der Vermeidung von hohen Kupplungstemperaturen besteht und bei welcher der Antrieb über die mit einer Vorratskammer ausgestattete Primärscheibe und der Abtrieb über das Kupplungsgehäuse erfolgt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Kupplung nach Fig. 6 ist sowohl temperaturabhängig als auch drehzahl- bzw. fliehkraftabhängig gesteuert, wobei die Temperatursteuerung über ein auf der Außenseite der Kupplung angeordnetes Bimetall und einen Schaltstift erfolgt, der einen Ventilhebel betätigt, der in­ folge seiner Massenverteilung gleichzeitig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Primärscheibe gesteuert wird. Daraus ergibt sich als Nachteil für diese vorbekannte Kupplung, daß sich Temperatur- und Drehzahlsteuerung überlagern, also nicht voneinander unabhängig wirken. Darüber hinaus besteht der Nachteil, daß zwischen dem sekundärseitig angeordneten Schaltstift und dem primärseitig angeordneten Ventilhebel eine Relativbewegung entsteht, die zu Reibung und einer Ver­ fälschung der Regelcharakteristik führt. Schließlich hat die­ se Kupplung den Nachteil einer relativ hohen Leerlaufdreh­ zahl, weil bei abgeschalteter Kupplung nicht das gesamte Öl über die radialen Fördernuten oder die Pumpschlitten aus dem Arbeitraum in den Vorratsraum abgepumpt werden kann.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs genannten Art die Leerlaufdrehzahl herabzusetzen und die Leistungsaufnahme zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des vorstehenden Patentanspruches 1 gelöst. Durch die stirnseitig in der Primärscheibe angeordnete Ventilöff­ nung, die durch ein Ventilschließglied steuerbar ist, und die umfangsseitig angeordnete Überströmöffnung in Verbindung mit einem festen Staukörper erzielt man eine kontrollierte Zirku­ lation des viskosen Fluids und erreicht vor allem durch den radial im äußersten Bereich angeordneten Staukörper eine sehr niedrige Leerlaufdrehzahl, da durch diese Maßnahme bei ge­ schlossenem Ventil nahezu das gesamte Fluid aus der Ar­ beitskammer in die Vorratskammer abgepumpt werden kann. Ein zusätzlicher Leck- oder Kühlstrom ist bei dieser Bauweise nicht mehr erforderlich, damit ergibt sich auch eine verbes­ serte Hysterese für die erfindungsgemäße Kupplung. Schließ­ lich arbeitet der feste Staukörper berührungsfrei und ist damit verschleißfrei; gleiches gilt für den Ventilmechanis­ mus, bestehend aus Ventilöffnung, Ventilschließglied und Ven­ tilhebel.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen:

Gemäß Anspruch 2 ist der Staukörper als ausgestellter Lappen ausgebildet, woraus sich eine einfache Bauweise und ein wirk­ sames Abpumpen des Fluids aus der Arbeitskammer in die Vor­ ratskammer ergibt.

Gemäß Anspruch 3 ist die Primärscheibe als Hohlscheibe mit planparallelen Arbeitsflächen ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine billige und axial gedrungene Bauweise; relativ auf­ wendige zylindrische oder konische Arbeitsflächen auf dem Umfang der Primärscheibe entfallen zugunsten der billigeren stirnseitigen Arbeitsflächen.

Eine besonders kostengünstige Bauweise für die Primärscheibe ergibt sich gemäß Anspruch 4, wenn die Hohlscheibe aus zwei ineinandergreifenden topfförmigen Blechteilen gebildet ist.

Gemäß Anspruch 5 ist zwischen Stößel und Ventilhebel eine Überwegfeder angeordnet, durch die gleichzeitig Fertigungsto­ leranzen bei der Montage der Kupplung ausgeglichen werden können, so daß eine genaue Justierung des Ventilschließglie­ des für den Öffnungs- und Schließzeitpunkt möglich ist.

Zwei vorteilhafte Ausbildungen dieser Überweg- bzw. Aus­ gleichsfeder ergeben sich aus den Ansprüchen 6 und 7, wonach die Überwegfeder einmal als in den Ventilhebel integrierte Blattfeder und andererseits als Druck- und Schraubenfeder ausgebildet ist. Im ersteren Falle erfolgt die Justierung bei fertig montierter Kupplung von außen durch den Gehäusedeckel über die Justierschraube; nach abgeschlossenem Justiervorgang wird der Deckel durch einen Kunststoffpfropfen verschlossen. Im anderen Falle erfolgt die Justierung in Verbindung mit einer geeigneten Vorrichtung durch Aufsetzen des Klemmringes auf das äußerste Ende des Stößels.

Schließlich ist gemäß Anspruch 11 am freien Ende des Ventil­ hebels ein Bimetallstreifen befestigt, der sich an der Innen­ seite der Primärscheibe abstützt und ein Verschließen der Ventilöffnung bei erhöhter Innentemperatur bewirkt. Dadurch wird eine Überhitzung der Kupplung und des viskosen Fluids vermieden, dessen Lebensdauer dadurch erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Kupplung,

Fig. 2 eine Teilansicht in Richtung X auf den Ventil­ hebel gem. Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit bei Z als Teilradialschnitt durch den Staukörper mit Überströmöffnung,

Fig. 4 einen weiteren Axialschnitt durch die Kupplung mit abgewandelter Stößeljustierung und

Fig. 5 eine Teilansicht in Richtung X auf den Ventil­ hebel gem. Fig. 4.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Kupplung, bei der eine Primär­ scheibe 1 in einem Sekundärteil 2 bzw. Kupplungsgehäuse umläuft und mit einer Antriebswelle 3 fest verbunden ist. Das Kupplungs­ gehäuse bzw. das Sekundärteil 2 ist gegenüber der Antriebswelle 3 über ein Rillenkugellager 6 drehbar gelagert und gleichzeitig axial fixiert. Die Primärscheibe 1 ist hohl ausgebildet und weist in ihrem Innern eine Vorratskammer 5 auf. Zwischen Kupplungs­ gehäuse 2 und Primärscheibe 1 ist eine Arbeitskammer 4 gebildet, die sogenannte Arbeitsspalte 4′ und 4′′ aufweist. Die Vorrats­ kammer 5 steht mit der Arbeitskammer 4 einerseits über eine Ventil­ öffnung 12 und andererseits über eine Überströmöffnung 13 in Ver­ bindung. Der Durchtrittsquerschnitt der Ventilöffnung 12 wird durch ein Ventilschließglied 11, welches am freien Ende eines Ventilhebels 8 befestigt ist, kontrolliert, wobei der Ventilhebel 8 an seinem anderen Ende fest mit der Primärscheibe 1 verbunden und als Blattfeder ausgebildet ist. Der Ventilhebel 8 weist in seinem mittleren Bereich eine zungenförmig ausgebildete Über­ wegfeder 18 auf, die mit dem Ventilhebel 8 integriert, d.h. einstückig mit diesem ausgebildet ist. In einer koaxial an­ geordneten Bohrung der Antriebswelle 3 ist gleitend ein Stößel 7 angeordnet, dessen kupplungsseitiges Ende als Gewindestift 9 ausgebildet ist, der in die zungenförmige Überwegfeder 18 ein­ geschraubt ist. Die Frontseite der Kupplung ist im Bereich des Ge­ windestifts 9 durch einen Kunststoffpfropfen 10 verschlossen. Der Stößel 7 wird durch ein nicht dargestelltes, vom Kühlmittel beaufschlagtes Arbeitselement, vorzugsweise ein Dehnstoffelement, betätigt, wobei der Kolben des Arbeitselementes beim Ausfahren gegen den als Blattfeder ausgebildeten Ventilhebel 8 wirkt und durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder wieder in seine Nullage zurückgestellt wird. Im Bereich der Überströmöffnung 13 ist ein als Lappen ausgebildeter Staukörper 14 angeordnet, der mit der Primärscheibe 1 verbunden ist. Diese ist als Blechteil mit zwei ineinandergreifenden Topfscheiben 16 und 17 ausgebildet, wobei der Lappen 14 einstückig mit der einen Topfscheibe 16 ausgebildet sein kann. Im Gehäuse 2 ist eine Gehäusenut 15 an­ geordnet, die bezüglich ihres Querschnittes dem Profil des Lappens 14 entspricht, der in dieser Gehäusenut 15 berührungsfrei umläuft. Am freien Ende des Ventilhebels 8, d.h. etwa im Bereich des Ventilschließgliedes 11, ist ein Bimetallstreifen 19 befestigt, der mit seinem freien, leicht gewölbten Ende 19′ auf der Innen­ seite der Primärscheibe 1 aufliegt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 ein abgewandelter Stößel 20 mit einer abgewandelten Be­ festigung gegenüber dem Ventilhebel 2 q dargestellt. Der Stößel 20, der ebenfalls gleitend in der Antriebswelle 27 angeordnet ist, weist in seinem kupplungsseitigen Bereich einen Ansatz 21 geringeren Durchmessers auf, der über einen Bund 22 gegenüber dem übrigen Teil des Stößels 20 abgesetzt ist. Auf diesem Ansatz 21 ist eine schraubenförmige Druckfeder 23 angeordnet, die sich einer­ seits gegenüber dem Bund 22 des Stößels 20 und andererseits gegenüber dem Ventilhebel 24 abstützt. Das äußerste Ende des Ansatzes 21 ragt durch eine zentrale Öffnung 25 im Ventil­ hebel 24 hindurch und ist auf der der Druckfeder 23 abgewandten Seite des Ventilhebels 24 durch einen Klemmring 26 form- und reibschlüssig gesichert.

Die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsreibungskupplung, die mit einem viskosen Fluid, z.B. handelsüblichem Silikonöl, ge­ füllt wird, arbeitet folgendermaßen: bei kaltem Motor, d.h. niedriger Kühlmitteltemperatur, ist der Kolben des nicht dar­ gestellten Dehnstoffelementes zurückgezogen, der Ventilhebel 8 drückt das Ventilschließglied 11 auf die Ventilöffung 12, so daß diese geschlossen ist. Bei laufender Primärscheibe, z.B. mit Leerlaufdrehzahl, wird durch den Staukörper 14 das in der Arbeitskammer 4 befindliche viskose Fluid über die Überström­ öffnung 13 in die Vorratskammer 5 innerhalb der Primärscheibe 1 gepumpt. Durch den extrem weit außen angeordneten Stau­ körper 14 in Verbindung mit der Gehäusenut 15 ist es möglich, nahezu das gesamte viskose Fluid aus der Arbeitkammer 4 in die Vorratskammer 5 zu fördern. Dadurch ist eine Herabsetzung der Leerlaufdrehzahl auf nahezu Null, d.h. vollständige Abschaltung der Kupplung möglich.

Wenn die Motortemperatur und damit die Kühlmitteltemperatur steigt, wird das Dehnstoffelement erwärmt, so daß dessen Kolben herausgedrückt wird und und den Stößel 7 vor sich herschiebt.

Durch diese Stößelbewegung auf den Ventilhebel 8 wird das Ventil­ schließglied 11 von der Ventilöffnunq 12 abgehoben, so daß viskoses Fluid aus der Vorratskammer 5 infolge Zentrifugalwirkung in die Arbeitskammer 4 bzw. deren Arbeitsspalte 4′ und 4′′ überströmen kann. Dadurch kann - je nach Füllungsgrad der Arbeitsspalte 4′ und 4′′ mit viskosem Fluid - ein Drehmoment von der Primärscheibe 1 auf das Sekundärteil 2 übertragen werden. Die Kupplung schaltet langsam zu, d.h. ein an ihr befestigter Lüfter fördert Kühlluft durch einen Kühler einer Brennkraftmaschine. Gleichzeitig wird jedoch ständig durch den festen Staukörper 14 Fluid aus der Arbeits­ kammer 4 in die Vorratskammer 5 gefördert, so daß bei geöffnetem Ventil 12 immer eine Zirkulation von Fluid zwischen Vorrats-und Arbeitskammer stattfindet, womit neben der Leistungsübertragung auch eine Kühlwirkung erzielt wird. Sollte jedoch eine zu starke Wärme­ entwicklung innerhalb der Kupplung, z.B. infolge zu starken Schlupfes zwischen Primär- und Sekundärteil, auftreten, so bewirkt der Bimetall­ streifen 19 durch temperaturbedingte Krümmung und Abstützung an der Primärscheibe ein Schließen der Ventilöffnung 12 durch das Ventilschließ­ glied 11. Damit wird wieder sämtliches Fluid über den Staukörper 14 in die Vorratskammer 5 gefördert, so daß keine Wärmeentwicklung mehr in dem viskosen Fluid infolge erhöhter Scherreibung auftreten kann. Damit wird die Lebensdauer dieses viskosen Fluids erhöht.

Die Justierung des Ventilhebels 8 bzw. des Ventilschließgliedes 11 erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 durch den Gewindestift 9, der nach erfolgter Montage der Kupplung von außen soweit in den Ventilhebel 8 bzw. die Zunge 18 eingeschraubt wird, bis das Ventilschließglied 11 auf der Ventilöffnung 12 aufliegt. Damit ist gewährleistet, daß der Öffnungszeitpunkt, d.h. der Zu­ schaltpunkt der Kupplung stets derselbe ist. Nach erfolgter Justierung wird der Gewindestift 9 durch geeignete bekannte Maß­ nahmen gegenüber dem Ventilhebel 8 gesichert, so daß die Justierung erhalten bleibt; danach wird die Öffnung in der Frontseite der Kupplung durch einen Kunststoffpfropfen 10 verschlossen.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 und 5 wird der Stößel 20, der auf seinem Ende 21 die Druckfeder 23 trägt, durch die zentrale Öffnung 25 des Ventilhebels 24 hindurchgesteckt, und der Ventilhebel 24 ebenfalls bezüglich seines Ventilschließ­ gliedes zur Anlage auf der Ventilöffnung gebracht. Wenn dies der Fall ist, wird der Klemmring 26 über das Stößelende 21 ge­ schoben und der Stößel auf diese Weise gegenüber dem Ventil­ hebel 24 axial fixiert. Damit sind die Fertigungstoleranzen zwischen Stößel einerseits und den auf der Antriebswelle an­ geordneten Kupplungsteilen andererseits ausgeglichen, so daß ein exaktes Zu- und Abschalten der Kupplung gewährleistet ist.

Claims (11)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem antreibenden Pri­ märteil, bestehend aus einer Primärscheibe und einer An­ triebswelle, und einem abtreibenden Sekundärteil, wobei zwischen Primärscheibe und Sekundärteil eine mit viskosem Fluid füllbare Arbeitskammer und in der Primärscheibe eine Vorratskammer angeordnet sind und zwischen Vorrats- und Arbeitskammer eine temperaturabhängig steuerbare Fluidver­ bindung mit einer stirnseitig in der Primärscheibe ange­ ordneten Öffnung und einem der Öffnung zugeordneten Kon­ trollorgan, welches am Ende eines an dem Primärteil befe­ stigten Hebels angeordnet ist, der über einen koaxial in der Antriebswelle angeordneten Stößel von einem vom Kühl­ mittel beaufschlagten Arbeitselement betätigt wird, vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitig angeordnete Öffnung als Ventilöffnung (12) und das Kontrollorgan als Ventilschließglied (11) ausgebildet sind und daß die Fluidverbindung zusätzlich zu der stirnseitig angeordneten Ventilöffnung (12) durch eine umfangsseitig angeordnete, von einem an der Primärscheibe (1) befestigten und auf deren Umfang angeordneten, festen Staukörper (14) kontrollierte Überströmöffnung (13) gebil­ det wird.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Staukör­ per als radial nach außen ausgestellter Lappen (14) ausge­ bildet ist, der in einer korrespondierenden Gehäusenut (15) umläuft.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Primär­ scheibe (1) als eine Hohlscheibe mit minimaler axialer Bautiefe ausgebildet ist, wobei primärseitige Arbeitsflä­ chen (1′, 1′′), die mit sekundärseitigen Arbeitsflächen (2′, 2′′) Arbeitsspalte (4′, 4′′) bilden, im wesentlichen stirnseitig und planparallel angeordnet sind.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Primär­ scheibe (1) als Blechteil mit zwei ineinandergreifenden Topfscheiben (16, 17) ausgebildet ist.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stößel (7) und dem an der Primärscheibe befestigten Hebel (8) bzw. Ventilhebel eine Überwegfeder (18, 23) vor­ gesehen ist.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überweg­ feder als zungenförmige Blattfeder (18) ausgebildet ist, die in den Ventilhebel (8) integriert ist.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ventilhe­ bel (8) gegenüber dem Stößel (7) durch einen Gewindestift (9) justierbar ist, der einerseits fest mit dem Stößel (7) verbunden und andererseits mit seinem Gewinde in den Ven­ tilhebel (8) bzw. die Überwegfeder (18) eingeschraubt ist.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überweg­ feder als auf einem Stößelende (21) geführte Druckfeder (23) ausgebildet ist, die sich einerseits an einem Stößel­ bund (22) und andererseits am Ventilhebel (24) abstützt.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stößel (21) durch eine zentrale Öffnung (25) des Ventilhebels (24) hindurchgeführt und auf seiner der Druckfeder (23) abgewandten Seite formschlüssig und/oder reibschlüssig gesichert ist.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sicherung durch einen axial beliebig ansetzbaren Klemmring (26) er­ folgt.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilhebel (8, 24) ein Bimetallstreifen (19) einsei­ tig befestigt ist, der sich mit seinem freien Ende (19′) im Inneren der Primärscheibe (1) abstützt und bei erhöhter Innentemperatur die Ventilöffnung (12) verschließt.