DE3627347A1 - Lagerung von zwei kupplungsnaben einer viskose-kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung nach dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Lagerung dieser Art (DE-OS 35 15 614) ist ein äußerer Laufring eines einreihigen Wälzkugella­ gers in einen äußeren zylindrischen Kupplungsnabenteil eines Lüfterrades einer Lichtmaschine eines Kraftfahrzeu­ ges bewegungsfest eingesetzt. Eine als innere Kupplungs­ nabe verwendete Lagerhülse ist bewegungsfest auf die Licht­ maschinenwelle aufgesteckt sowie im axial mittleren Bereich ihres Außenmantels im Durchmesser erweitert und mit der Innenlauffläche für die Wälzkugeln versehen. Zwei beider­ seits der Wälzkugeln angeordnete ringförmige Dichtungs­ scheiben sind mit ihrem Außenumfang am äußeren Laufring feststehend gehaltert. Somit laufen die Wälzkugeln in einer Ringkammer, die eine Viskose-Fettfüllung enthält, die als Antrieb mit variablem Drehzahlverhältnis verwen­ det ist, indem sie durch Reibung das Wälzen der Wälzkugeln behindern soll, wenn die antreibende Kupplungsnabe sich unter einer bestimmten Drehzahl dreht, so daß sich ein Drehzahlverhältnis von 1:1 einstellt. Über der vorbe­ stimmten kritischen Drehzahl sollen die Wälzkugeln in aus­ reichendem Maße durch das viskose Material rollen, so daß die antreibende Kupplungsnabe die angetriebene Kupplungs­ nabe überlaufen können soll. Auf diese Weise wird bei ei­ ner Lichtmaschine ein über deren Drehzahl nur schwach an­ steigender Verlauf der Drehzahl eines von der Lichtmaschi­ nenwelle über die Viskosekupplung angetriebenen Laufrades eines Kühlluftgebläses zur Kühlung der Lichtmaschine an­ gestrebt.

Bei der bekannten Lagerung ist eine genaue Abstimmung des Wälzverhaltens auf den Widerstand der viskosen Fettfüllung zur Erzielung einer bestimmten, gleichbleibenden Drehzahl­ charakteristik nur schwer möglich, wobei die Wälzkugeln mit ihrem Käfig und den Laufringen Gewicht und Bauaufwand der Lagerung ungünstig beeinflussen.

Mit der Erfindung wird ebenfalls ab einer bestimmten kri­ tischen Drehzahl ein über Drehzahl der antreibenden Kupp­ lungsnabe nur noch schwach ein steigender Verlauf der Dreh­ zahl der getriebenen Kupplungsnabe angestrebt. Zu der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe gehört jedoch noch in besonderem Maße die Forderung nach niedrigerem Gewicht, ge­ ringem Bauaufwand und kompakter Bauweise, um die Viskose­ kupplung als variablen Antrieb in dem engen Bauraum zwi­ schen Lüfterrad und Lichtmaschinenwelle einer Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges unterbringen zu können. Dagegen soll mit der angestrebten Drehzahlcharakteristik das Lüfterge­ räusch und die Verlustleistung im Abregelbereich der Licht­ maschine nicht unnötig groß werden und dennoch im unteren Drehzahlbereich ausreichend Kühlluft zur Verfügung stehen.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung in vorteil­ hafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentan­ spruch 1 gelöst.

Bei der Lagerung nach der Erfindung ist die Verwendung geo­ metrisch eindeutig definierter Scherspalte und hochviskoser Flüssigkeiten mit ausgeprägter Strukturviskosität ermöglicht. Die Strukturviskosität bewirkt, daß die Schubspannungen in der Flüssigkeit oberhalb einer bestimmten Schergeschwindig­ keit nicht weiter anwachsen. Diese Grenze kann konstruktiv in den Abregelbereich der Lichtmaschine gelegt werden. Die Lagerung nach der Erfindung arbeitet als Gleitlager, wel­ ches zur Schmierung die viskose Flüssigkeit verwendet und zusätzlich die Funktion der Momentenübertragung durch Ver­ mittlung der engen Scherspalte erfüllt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von drei in der Zeich­ nung schematisch dargestellten Ausführungsformen näher be­ schrieben. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 einen Teil eines Längsschnittes durch eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer ersten Ausführungsform einer Lagerung von zwei Kupplungsnaben einer Viskose-Kupplung nach der Erfindung zum Antrieb eines Lüfterrades,

Fig. 2 die Hälfte eines Querschnittes durch die Licht­ maschine von Fig. 1 nach Linie II-II,

Fig. 3 einen Teil eines Längsschnittes durch eine Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer zweiten Ausführungsform einer Lagerung von zwei Kupplungsnaben einer Viskose-Kupplung nach der Erfindung zum Antrieb eines Lüfterrades,

Fig. 4 die Hälfte eines Querschnittes durch die Licht­ maschine von Fig. 3 nach Linie IV-IV, wobei die linke Figurenhälfte eine Variante als dritte Ausführungsform einer Lagerung von zwei Kupplungs­ naben nach der Erfindung zeigt,

Fig. 5 einen Teilschnitt nach Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 einen Teilschnitt nach Linie VI-VI in Fig. 2,

Fig. 7 einen Teilschnitt nach Linie VII-VII in Fig. 4, und

Fig. 8 einen Teilschnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 4.

Die Ausführungsformen stimmen zunächst in folgenden Merkmalen überein:

Eine Lichtmaschinenwelle 9 ist mittels eines Wälzlagers 53 in einer Gehäusestirnwand 54 einer nicht näher dargestellten Lichtmaschine gelagert, deren Innenraum von Kühlluft durch­ strömt ist, die von einem als Laufrad eines Kühlluftgebläses arbeitenden Lüfterrad 25 in Pfeilrichtung 58 angesaugt und nach außen gefördert wird. Das Wälzlager 53 ist über seinen Außenlaufring in den Richtungen der mit einer Kupplungsachse 10-10 zusammenfallenden Lagerachse zwischen einem Lagerdeckel 57 und einem Ansatz 59 der Stirnwand 54 gegenüber letzterer bewegungsfest festgelegt.

Das Lüfterrad 25 wird über eine innere hülsenförmige Kupp­ lungsnabe 11 angetrieben, die zusammen mit einer Riemen­ scheibe 55 zwischen dem Innenlaufring des Wälzlagers 53 und einer Schraubbefestigung 56 für die Riemenscheibe 55 bewegungsfest auf der Lichtmaschinenwelle 9 eingespannt ist.

Die innere Kupplungsnabe 11 und eine äußere Kupplungsnabe 12 (Fig. 1) bzw. 13 (Fig. 3) sind die äußeren Anschluß­ teile einer Viskosekupplung 14 (Fig. 1) bzw. 15 (Fig. 3), welche in die Antriebsverbindung zwischen Lichtmaschinen­ welle 9 und Lüfterrad 25 eingeschaltet ist, wobei die Licht­ maschinenwelle 9 selbst über ihre Riemenscheibe 55 von der Kurbelwelle des Antriebsmotores des Kraftfahrzeuges ange­ trieben wird.

Die zum Lüfterrad 25 drehfeste äußere Kupplungsnabe 12 bzw. 13 ist als ein im Querschnitt U-förmiges Kupplungsgehäuse 27 (Fig. 1) bzw. 28 (Fig. 3) ausgebildet, das zusammen mit zwei inneren Ringdichtungen 16 und 17 und der inneren Kupp­ lungsnabe 11 eine geschlossene Ringkammer 18 einschließt, welche eine viskose Flüssigkeit enthält und eine in letztere eintauchende Kupplungsscheibe 29 (Fig. 1) bzw. 30 (Fig. 3) aufnimmt. Die Kupplungsscheibe 29 bzw. 30 ist unter Ver­ mittlung des Formschlusses von Mitnahmeverzahnungen bei 60 bewegungsfest auf die innere Kupplungsnabe 11 aufgeklemmt.

Die Kupplungsscheibe 29 bzw. 30 weist einen die Mitnahmever­ zahnung für die Verbindung 60 enthaltenden zentralen Schei­ benteil 35 (Fig. 1) bzw. 43 (Fig. 3) auf, von dem finger­ artige Ansätze 31 radial abgehen, die gleichmäßig über den Scheibenumfang verteilt sind und in jeweils einen koni­ schen Außenabschnitt 34 mit einer konischen Lagerfläche 19 enden. Der jeweilige konische Außenabschnitt 34 ist durch ein mittels einer Sicke 37 versteiftes Stegteil 36 mit dem Scheibenteil 35 bzw. 43 verbunden.

Die Lagerflächen 19 sind zunächst dazu verwendet, das je­ weilige Kupplungsgehäuse 27 bzw. 28 sowohl radial als auch im Richtungssinne 26 der Kupplungsachse 10-10 abzustützen. Zu diesem Zweck weist das Kupplungsgehäuse eine korrespon­ dierende konische Lagerfläche 20 auf, die zusammen mit der jeweiligen Lagerfläche 19 ein Lagerflächen-Paar 19, 20 bil­ det, welches zusätzlich noch zur Drehmomentübertragung ver­ wendet ist und hierfür einen engen Scherspalt 23 für die viskose Flüssigkeit unmittelbar zwischen sich einschließt.

In der entgegengesetzten Richtung der Kupplungsachse 10-10 stützt sich das Kupplungsgehäuse 27 bzw. 28 mit seinen hier­ für vorgesehenen radialen ebenen Lagerflächen 22 an korres­ pondierenden radialen ebenen Lagerflächen 21 der zugehöri­ gen Kupplungsscheibe 29 bzw. 30 unter Bildung jeweils eines engen Scherspaltes 24 für die Drehmomentübertragung ab.

Die drei Ausführungsformen der Lagerung nach der Erfindung unterscheiden sich nun lediglich durch die Anordnung und Aus­ gestaltung der Lagerflächen 21 an der Kupplungsscheibe 29 bzw. 30 voneinander.

Bei der ersten Ausführungsform (Fig. 1, 2, 5 und 6) weist der jeweilige Ansatz 31 für den konischen Außenabschnitt 34 einen zusätzlichen ebenen Außenabschnitt 38 auf, der - in einer Radialebene 41-41 liegend - mit dem konischen Außen­ abschnitt 34 durch einen fahnenartigen Zwischenabschnitt 40 so verbunden ist, daß beide Außenabschnitte 34 und 38 sowohl axial als auch in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt lie­ gen.

Durch die elastisch federnde Ausbildung der Zwischenabschnit­ te 40 ist zunächst erreicht, daß sich das Kupplungsgehäuse 27 unter Vermittlung der konischen Lagerflächen-Paare 19, 20 ohne Zwängungen radial und axial gegenüber der Kupplungs­ scheibe 29 einstellen kann. Deren Lagerflächen 19 und 21 sind zur Erzielung eines hydrodynamischen Schmierkeil- Effektes - wie dies die Fig. 5 und 6 zeigen - gegenüber einer jeweiligen Radialen 39-39 bzw. 41-41 um einen An­ stellwinkel 47 bzw. 48 angestellt.

Bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 3; Fig. 4 rechte Bildhälfte; Fig. 7 und 8) sind am Umfang des zentralen Scheibenteiles 43 der Kupplungsscheibe 30 abwechselnd ein radialer Ansatz 31 mit dem konischen Außenabschnitt 34 für die Lagerfläche 19 und ein Ansatz 32 mit einem axial ver­ setzten ebenen Außenabschnitt 42 für die Lagerfläche 21 vor­ gesehen, wobei der in einer Radialebene 51-51 liegende Außen­ abschnitt 42 durch ein konisches Stegteil 44 mit dem axial versetzten zentralen Scheibenteil 43 verbunden ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind einerseits die Stegteile 44 jeweils als elastisches Mittel zur Unterstützung des Gleit­ kontaktes der konischen Lagerflächen-Paare 19, 20 ausgebil­ det und andererseits sowohl die konischen Lagerflächen 19 um einen Anstellwinkel 50 gegenüber einer Radialen 49-49 als auch die ebenen Lagerflächen 21 um einen Anstellwinkel 52 gegenüber einer Radialen 51-51 angestellt, um einen hydro­ dynamischen Schmiereffekt zu erzielen.

Die dritte Ausführungsform (Fig. 3; Fig. 4 linke Bildhälf­ te; Fig. 7 und 8) ist mit der zweiten Ausführungsform bis auf eine jeweilige Ausnehmung 46 bei den Ansätzen 33 für die Lagerflächen 21 identisch, welche die konischen Stegteile 45 - die die ebenen Außenabschnitte 42 mit dem zentralen Schei­ benteil 43 verbinden - zur Erhöhung bzw. Dimensionierung ihrer Elastizität aufweisen.

Die Elastizität der federnden Mittel-Zwischen-Abschnitt 40 bzw. Stegteile 44 bzw. Stegteile 45 - kann derart auf die Viskosität der viskosen Flüssigkeit abgestellt sein, daß sich mit zunehmender Viskosität eine Erweiterung der Scher­ spalte 23 und 24 einstellt, so daß das übertragbare Kupp­ lungsmoment von der Viskosität weitgehend unabhängig bleibt.

Claims (19)

1. Lagerung von zwei zueinander in Bezug auf eine Kupplungs­ achse konzentrischen drehbaren Kupplungsnaben einer Viskose­ kupplung, bei der die Kupplungsnaben zusammen mit zwei axial seitlichen Ringdichtungen eine zur Kupplungsachse konzentri­ sche und zur Aufnahme eines viskosen Arbeitsmittels verwen­ dete Ringkammer begrenzen, in der wenigstens ein den Kupp­ lungsnaben zugehöriges Lagerflächen-Paar liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerflächen-Paar (19, 20 bzw. 21, 22) unter Gleit­ kontakt steht und dabei einen engen Scherspalt (23 bzw. 24) für das viskose Arbeitsmittel unmittelbar zwischen sich ein­ schließt.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein die angetriebene Kupplungsnabe (12 bzw. 13) in der einen Richtung der Kupplungsachse (10-10) fixieren­ des Lagerflächen-Paar (19, 20) und wenigstens ein die ange­ triebene Kupplungsnabe (12 bzw. 13) in der anderen Richtung der Kupplungsachse (10-10) fixierendes Lagerflächen-Paar (21, 22) verwendet sind.

3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein die angetriebene Kupplungsnabe (12 bzw. 13) radial abstützendes konisches Lagerflächen-Paar (19, 20) verwendet ist.

4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein konisches Lagerflächen-Paar (19, 20) zu­ sätzlich zur Fixierung der angetriebenen Kupplungsnabe (12 bzw. 13) in der einen Richtung der Kupplungsachse (10-10) verwendet ist.

5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkontakt der Lagerflächen (19, 20) eines konischen Lagerflächen-Paares (19, 20) durch federnde Mittel unterstützt ist.

6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Mittel wirkungsmäßig zwischen die treibende Kupplungsnabe (11) und eine dieser Kupplungsnabe (11) zuge­ hörige Lagerfläche (21) eines Lagerflächen-Paares (21, 22) eingeschaltet sind, welches die angetriebene Kupplungsnabe (12 bzw. 13) in der anderen Richtung der Kupplungsachse (10- 10) fixiert.

7. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kupplungsnabe (12 bzw. 13) angetrieben ist.

8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kupplungsnabe (12 bzw. 13) mit einem Laufrad (25) eines Kühlluftgebläses verbunden und durch wenigstens ein konisches Lagerflächen-Paar (19, 20) in der mit dem Wirkungssinn (26) der am Laufrad (25) durch Strömungs­ druck erzeugten Reaktionskräfte übereinstimmenden Richtung der Kupplungsachse (10-10) gegenüber der anderen Kupplungs­ nabe (11) fixiert ist.

9. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (18) in einem im Querschnitt im wesent­ lichen U-förmigen, zu einer Kupplungsnabe (12 bzw. 13) dreh­ festen und nach innen an sich offenen Kupplungsgehäuse (27 bzw. 28) liegt und in die Ringkammer (18) wenigstens eine Kupplungsscheibe (29 bzw. 30) eingreift, welche der anderen Kupplungsnabe (11) zugehörige Lagerflächen (19 und 21) auf­ weist.

10. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (29 bzw. 30) mit an ihrem Umfang gleichmäßig verteilten fingerartigen Ansätzen (31 bzw. 31, 32 bzw. 31, 33) versehen ist, welche jeweils wenigstens eine Lagerfläche (19 und 21 bzw. 19 bzw. 21) aufweisen.

11. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ansatz (31) einen die Lagerfläche (19) aufweisenden konischen Außenabschnitt (34) und einen einen zentralen Scheibenteil (35) der Kupplungsschei­ be (29 bzw. 30) mit dem Außenabschnitt (34) verbindenden Stegteil (36) aufweist.

12. Lagerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stegteil (36) durch eine Sicke (37) versteift ist.

13. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ansatz (31) einen zweiten, ebenen Außen­ abschnitt (38) mit einer weiteren Lagerfläche (21) aufweist, der sich in oder parallel einer Radialebene (39-39) erstreckend - sowohl axial und in Umfangsrichtung gegenüber dem konischen Außenabschnitt (34) versetzt als auch mit letzterem durch einen fahnenartigen Zwischenabschnitt (40) verbunden ist.

14. Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (40) als federndes Mittel ausgebil­ det ist.

15. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein in den Umfangsrichtungen zwischen zwei Ansätzen (31) mit jeweils konischem Außenabschnitt (34) liegender Ansatz (32 bzw. 33) einen sich in oder parallel einer Radialebene (41-41) erstreckenden ebenen Außenab­ schnitt (42) mit einer Lagerfläche (21) aufweist.

16. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Außenabschnitt (42) und ein zentraler Schei­ benteil (43) der Kupplungsscheibe (30) sowohl axial gegen­ einander versetzt als auch durch ein Stegteil (44 bzw. 45) miteinander verbunden sind.

17. Lagerung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Stegteil (44 bzw. 45) als elastisches Mittel aus­ gebildet ist.

18. Lagerung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Stegteil (45) wenigstens eine Querschnittsaus­ nehmung (46) aufweist.

19. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lagerfläche (19 bzw. 21) wenigstens eines Lagerflächen-Paares (19, 20 bzw. 21, 22) angestellt ist (An­ stellwinkel (47 bzw. 48 bzw. 50 bzw. 52).