DE3801883C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viskosekupplung, die mit einem Lüfter zur Kühlung einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann.

Es wurden bereits verschiedene Viskosekupplungen vorge­ schlagen. Eine bekannte Viskosekupplung ist in - wie sie z. B. aus der US-PS 44 46 952 hervorgeht - Fig. 6 gezeigt. Hierbei ist ein Rotor oder Drehkörper 1 an einer Abtriebswelle 2 befestigt. Eine Arbeitskammer 5, die aus den Abteilen 5 a und 5 b besteht, ist mit viskosem Fluid gefüllt, um ein Drehmoment von der Antriebs- zur Abtriebs­ seite zu übertragen. Das Abteil 5 a wird vom Rotor 1 und einem Gehäuseteil 3, das Abteil 5 b wird vom Rotor 1, dem Gehäuseteil 3 und einem Deckel oder einer Abtriebswelle 4 gebildet. In einem Vorratsraum 6 wird das Fluid gespei­ chert. Ein auf Temperaturänderungen ansprechendes Element 7 ist über eine Stange 8 mit einem Absperrglied oder Ventil 9 verbunden, das von dem Element 7 über die Stange 8 in Abhängigkeit von der Temperatur geöffnet oder ge­ schlossen wird, um das viskose Fluid zwischen der Arbeits­ kammer 5 und dem Vorratsraum 6 zu dosieren. Auf diese Weise wird die Übertragung des Drehmomentes von der An­ triebs- zur Abtriebsseite geregelt.

Bei dieser Kupplung tritt folgendes Problem auf: Wenn die Kupplung nicht in Betrieb ist, bleibt das Fluid im unteren Teil der Kupplung oder ihrem Gehäuse aufgrund der Schwer­ kraft stehen. Insofern sind die Arbeitskammer 5 wie auch der Vorratsraum 6 mit dem Fluid angefüllt, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn die Kupplung wieder in Betrieb genommen wird, dann wird von der Antriebsseite durch das viskose Fluid, das die Kammer 5 anfüllt, ein Drehmoment über­ tragen. Demzufolge dreht ein (nicht gezeigter) Lüfter mit einer hohen Drehzahl, bis das Fluid aus der Kammer 5 in den Vorratsraum 6 zurückgeführt wird. Wenn die Umgebungs­ temperatur ausreichend hoch und das Ventil 9 offen ist, dann tritt in diesem Fall kein besonderes Problem auf. Ist jedoch die Umgebungstemperatur niedrig, dann wird die Brennkraftmaschine, die über einen mit dem Gehäuseteil verbundenen Lüfter gekoppelt sein kann, nicht schnell genug aufgewärmt. Ferner arbeitet die Heizeinrichtung nicht zufriedenstellend und im übrigen erzeugt der Lüfter unmittelbar nach dem Wiederanlaufen ein unerwünscht lautes Geräusch.

In der älteren Patentanmeldung P 37 05 690 wird zur Lösung dieser Probleme eine Viskosekupplung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Diese verbes­ serte Kupplung ist in Fig. 7 dargestellt und weist auf der Rückseite der Arbeitskammer 5 einen zweiten Vorrats­ raum 6′ auf. Wenn die Kupplung nicht in Betrieb ist, so verbleibt ein gewisser Anteil des Fluides im zweiten Vor­ ratsraum 6′, wodurch der Flüssigkeitsspiegel h, der in Fig. 8 schematisch angedeutet ist, fällt.

Bei der in Fig. 6 gezeigten, aus der US-PS 44 46 952 bekannten Viskosekupplung ist der Spiegel h des visko­ sen Fluids in der Arbeitskammer 5, wenn die Kupplung außer Betrieb ist, auf der in Fig. 8 gezeigten Höhe. Dieses Fluid in der Kammer 5 überträgt ein Drehmoment von der Antriebsseite, weshalb der Lüfter mit einer hohen Drehzahl dreht und bei niedrigen Temperaturen ein lautes Geräusch erzeugt wird.

Bei der in Fig. 7 gezeigten, vorgeschlagenen Viskose­ kupplung hat sich als verbesserungsbedürftig erwiesen, daß die Arbeitskammer 5 in einem engen Bereich ausgebildet werden mußte. Dadurch ergaben sich Schwierigkeiten, die Kupplung nach Wunsch oder Belieben zu regeln, wodurch die vorher erhaltene Leistungsfähigkeit wieder herabgesetzt wurde.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Viskosekupplung zu schaffen, die sich bei guter Regelbarkeit durch ein verbessertes Anlaufverhalten auszeichnet.

Wenn die Kupplung in Betrieb genommen wird, spricht ein temperaturabhängiges Element, das z. B. aus einem Bimetall besteht, auf die Umgebungstemperatur an und bringt das Ventil dazu, bei hohen Temperaturen die Öffnungsanordnung in der Trennwand zu öffnen. Dadurch fließt das viskose Fluid vom aufgesteuerten Vorratsraum in die Arbeitskammern oder -abteile. Dadurch wird ein Drehmoment übertragen, so daß der mit dem Abtriebsglied verbundene Lüfter mit hoher Drehzahl dreht. Hierbei fließt das Fluid allerdings nicht von der Arbeitskammer in den zweiten Vorratsraum, und zwar wegen der Drehung des Rotors und der hierdurch er­ zeugten, vom zweiten Vorratsraum weg gerichteten Pumpwirkung im Bereich einer kleinen, in der weiteren Scheibe ausgebildeten Öffnung. Deshalb kann die Menge an in der Kupplung eingeschlossenem viskosen Fluid, die für einen Betrieb der Kupplung ausreichend ist, auf ein Minimum herabgesetzt werden, wodurch die Arbeitskammern hinsichtlich ihrer Größe optimiert werden können, um die Regelbarkeit zu verbessern. Die Viskosekupplung kann aufgrund der beiden Arbeitskammern feiner gesteuert werden. Dabei kann bedingt durch den geringen Fluidbedarf allerdings die Baulänge und das Gewicht der Kupplung be­ schränkt bleiben.

Mit den Weiterbildungen gemäß Patentansprüchen 4, 6 bzw. 7 kann die Pumpwirkung vom zweiten Vorratsraum weg zusätz­ lich unterstützt werden, um das Anlaufverhalten der Viskose­ kupplung zu verbessern.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform der Viskosekupplung;

Fig. 2 einen Teil-Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der Viskosekupplung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kupplung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels;

Fig. 4 ein Diagramm der Start-Kennkurven der erfindungs­ gemäßen Kupplung im Vergleich zu derjenigen einer bekannten Kupplung bei niedrigen Temperaturen;

Fig. 5 ein Diagramm zum Vergleich von Kennwerten der erfindungsgemäßen Kupplung mit Kennwerten einer bekannten Kupplung bei normalen Temperaturen;

Fig. 6 und 7 Axialschnitte von Viskosekupp­ lungen nach dem Stand der Technik; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Kupplung gemäß Fig. 6 zur Erläuterung des Flüssigkeitsspiegels, wenn die Kupplung außer Betrieb ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Viskosekupplung, die den Grundge­ danken der Erfindung verwirklicht. Diese Kupplung weist einen an der Antriebswelle 2 befestigten Rotor 1 auf, der an seinem Außenumfang mit Zähnen versehen ist, wobei die Zähnezahl der Umlauffrequenz des Rotors entspricht. Ein Gehäuseteil 3 ist über ein Lager 10 drehbar an der Welle 2 gelagert und über Schrauben 12 fest mit einem Deckel oder einer Abtriebswelle 4 verbunden. Am Deckel 4 ist durch Schrauben 13 eine vordere Scheibe 11 befestigt, um einen ersten Vorratsraum 6 zu bilden. Die vordere Scheibe 11 grenzt zusammen mit dem Rotor 1 ein Arbeitsabteil 5 b ab. Eine hin­ tere Scheibe 16 ist mit ihrem Außenabschnitt in das Gehäu­ seteil 3 eingepreßt, um einen zweiten Vorratsraum 6′ zu bilden. Die hintere Scheibe 16 grenzt zusammen mit dem Rotor 1 eine weitere Arbeitskammer (Abteil) 5 a ab. In der äußeren Fläche oder dem Rand der hinteren Scheibe 16 ist eine kleine Öffnung 17 nach Art einer Meßblende ausgebil­ det, die sich zur Außenfläche der Arbeitskammer 5 a erstreckt. Nahe und in der Drehrichtung des Rotors 1 vor der Öffnung 17 ist ein Vorsprung oder Ansatz 19 ausgebildet. Über eine Stange 8 ist ein Ventil 9 fest mit einem Element 7, das auf Temperaturänderungen anspricht und aus einem Bimetall besteht, verbunden. In der vorderen Scheibe 11 sind Löcher 14 a und 14 b ausgebildet, durch die Öl fließen kann. Bei einer Temperaturänderung bewegt sich das tempera­ turabhängige Element 7, um die Löcher 14 a und 14 b zu öffnen oder zu schließen, womit die Menge an zwischen dem ersten Vorrats­ raum 6 und den Arbeitskammern 5 a, b fließendem Öl dosiert und das von der Antriebswelle 2 zur Abtriebsseite übertragene Drehmoment geregelt wird.

Wenn die Viskosekupplung nicht in Betrieb ist, steht unter der Wirkung der Schwerkraft viskoses Fluid, wie Si­ likonöl, im unteren Teil der Kupplung, d. h. im ersten Vorratsraum 6, in den Arbeitskammern 5 a, b und im zweiten Vorratsraum 6′, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Bei Inbetriebnahme der Kupplung wird der Rotor gedreht. Die resultierende Zentrifugalkraft verbreitet das Fluid in Umfangsrichtung innerhalb der Kupp­ lung. Dann wird das Fluid sowohl von den Kammern 5 a, b wie auch vom zweiten Vorratsraum 6′ in den ersten Vorratsraum 6 zurückge­ führt. Hierbei verbleibt ein Teil des Fluids im zweiten Vorratsraum 6′, wie vorher erwähnt wurde, weshalb sich bei stillstehender Kupplung, wie Fig. 3 zeigt, der Fluidspiegel auf ein niedrigeres Niveau einstellt. Das vom ersten Vorratsraum 6 zum zweiten Vorratsraum 6′ zurück­ fließende Fluid tritt durch die radial außen an der hinteren Scheibe 16 ausgebildete kleine Öffnung 17, die dahingehend wirkt, die längs des Außenumfangs des Rotors 1 fließende Fluidmenge zu regeln. Dieses in den ersten Vorratsraum 6 zwangsweise eingeführte Fluid überträgt kein Drehmoment, da es längs des Außenumfangs des Rotors fließt. Auf diese Weise kann die eingangs erwähnte Drehung des Lüfters mit hoher Geschwin­ digkeit, die ansonsten bei niedrigen Temperaturen beim Anlaufen der Kupplung erzeugt worden wäre, verhin­ dert werden.

Die hintere Scheibe 16 weist eine Druckentlastungsöffnung 18 auf, um die Rückströmung des aus dem zweiten Vorrats­ raum 6′ fließenden Fluids zu glätten. Diese Öffnung 18 ist für die Kupplung von großer Bedeutung. Es ist notwendig, daß die Druckentlastungsöffnung 18 einwärts einer im Ro­ tor 1 ausgebildeten Öffnung 15 angeordnet wird, um einen Durchfluß des Fluids zu ermöglichen und zu verhindern, daß von der Öffnung 15, wenn der Rotor 1 dreht, Fluid in die Druckentlastungsöffnung 18 fließt, denn sonst würde das Fluid von der Arbeitskammer 5 in den ersten Vorratsraum 6 durch­ lecken. Der Vorsprung 19 hat eine geeignete Ausgestal­ tung sowie eine geeignete Höhe und ist nahe sowie in der Drehrichtung des Rotors 1 vor der kleinen Öffnung 17 angeordnet. Der Außendurchmesser d des zweiten Vorratsrau­ mes 6′ ist gleich dem oder kleiner als der Außendurchmes­ ser d′ der Arbeitskammer 5 a.

Wenn die Viskosekupplung zu arbeiten beginnt, dann be­ wegt sich das auf die Temperatur ansprechende Element 7 in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur, so daß das Ventil 9 geöffnet oder geschlossen wird. Es sei ange­ nommen, daß bei einer geeigneten Temperatur die Löcher 14 a und 14 b in der vorderen Scheibe 11 offen sind, d. h., daß die Kupplung eingerückt oder in Eingriff ist. Damit fließt das Fluid vom ersten Vorratsraum 6 in die Arbeitskammern 5 a und 5 b, so daß ein Drehmoment übertragen wird. Unter dieser Bedingung dreht der Lüfter mit hoher Drehzahl. Hier­ bei fließt das Fluid von der Arbeitskammer oder dem Abteil 5 a nicht in den zweiten Vorratsraum 6′, was auf der Dre­ hung des Rotors 1 mit Bezug zum Deckel 4, der Pumpwirkung der am Außenumfang des Rotors 1 in dessen Drehrichtung ausgebildeten Zähne, der durch die Drehung des Rotors 1 mit Bezug zu dem nahe der kleinen Öffnung 17 angeordneten Vorsprung 19 erzeugten Pumpwirkung und der durch den Un­ terschied im Außendurchmesser zwischen dem zweiten Vorrats­ raum 6′ sowie der in der Arbeitskammer 5 a erzeugten Wirkung der Zentrifugalkraft beruht, worauf eingangs hingewiesen wurde. Demzu­ folge kann die in der Kupplung eingeschlossene Fluidmenge, die zum Betreiben der Kupplung ausreichend ist, auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Bei mäßigen Temperaturen schließt das Ventil 9 lediglich das Loch 14 a in der vorderen Scheibe 11, während das Loch 14 b offen ist, d. h., die Kupplung ist teilweise eingerückt. In diesem Zustand fließt das Fluid nur vom ersten Vorratsraum 6 in die Arbeitskammer 5 b, wodurch ein Drehmoment übertra­ gen und der Lüfter mit einer mäßigen Drehzahl ge­ dreht wird.

Bei niedrigen Temperaturen schließt das Ventil 9 die Lö­ cher 14 a und 14 b. In diesem Zustand ist die Kupplung gelöst. Das Fluid kehrt in den ersten Vorratsraum 6 zurück, es fließt nicht in die Arbeitskammern 5 a, b. Insofern wird kein Drehmoment übertragen und der Lüfter läuft mit niedriger Drehzahl um.

Der zweite Vorratsraum 6′ wird gebildet, indem der Außen­ abschnitt der hinteren Scheibe 16 in das Gehäuseteil 3 eingepreßt wird. Es ist auch möglich, die hintere Scheibe unter Verwendung von Schrauben, Nieten oder durch ein rol­ lendes Verstemmen oder eine andere Methode zu befestigen.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Viskosekupplung gemäß der Erfindung, die derjenigen von Fig. 1 mit der Ausnahme gleichartig ist, daß die hintere Scheibe 16 einstückig mit dem Gehäuseteil 3 ausgebildet und eine rückwärtige Abdeckung 20 vorgesehen ist.

Durch den neuartigen Aufbau der Kupplungen steht das viskose Fluid im ersten Vorratsraum und in der Arbeitskammer, wenn die Kupplung nicht tätig ist. Ferner kann das Fluid in den zweiten Vorratsraum durch die kleine Öffnung, die als Meßblende fungiert, eingeführt werden. Demzufolge kann der Fluidspiegel h′ entsprechend der Kapazität oder dem Volumen des zweiten Vorratsraumes abgesenkt werden. Ferner können die oben erwähnten Probleme, die dann hervorgerufen wurden, wenn die Kupplung bei niedrigen Temperaturen in Betrieb genommen wird, d. h. durch den Lüfter erzeugte Geräusche, schlechte Arbeitsweise der Heizeinrichtung und langsames Aufwärmen der Maschine, gelöst werden. Das Fluid, das in die Arbeitskammer während des Betriebs geflossen ist, wird durch eine kleine Öffnung abgeführt, und zwar durch die Pumpwirkung der Drehung des Rotors mit Bezug zu einem Vor­ sprung. Dabei wird das Fluid an einem Rückfließen in den zweiten Vorratsraum durch die kleine Öffnung gehindert, indem die Wirkung des Außendurchmessers sowie der Gestalt des zweiten Vorratsraumes und die Pumpwirkung der Zähne am Außenumfang des Rotors herangezogen wird.

Die Fig. 4 zeigt eine Start-Kennkurve A der neuartigen Kupplung und eine Start-Kennkurve B einer herkömmlichen Kupplung bei niedrigen Temperaturen. Die Kurve Np gibt die Eingangs-Drehzahl, die Kurve Nf gibt die Umlauf­ drehzahl des Lüfters, d. h. die Ausgangs-Drehzahl, an. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, nimmt die die Drehzahl des Lüfters gemäß Kurve B für eine herkömmliche Kupplung kleine Werte nach dem Verstreichen von einigen -zig Sekunden an, so daß keines der oben erwähnten Pro­ bleme auftritt. Jedoch zeigt die Kurve ziemlich große Wer­ te unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen der Kupplung an. Für die neuartige Kupplung ist die Umlaufdreh­ zahl unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen der Kupplung wesentlich niedriger.

In Fig. 5 geben die ausgezogenen Linien eine Kennkurve der neuartigen Kupplung bei normalen Temperaturen an, wäh­ rend die gestrichelten Linien eine Kennkurve einer herkömm­ lichen Kupplung bei normalen Temperaturen angeben. Für die neuartige Kupplung hat die Kurve zwei horizontale Abschnitte, so daß der Lüfter mit geringerer Wahrschein­ lichkeit mit hohen Drehzahlen läuft. Dadurch wird das vom Lüfter erzeugte Geräusch vermindert, und es kann auch die Kraftstoffausnutzung verbessert werden.

Claims (9)

1. Viskosekupplung mit einem mit einer treibenden Welle verbundenen Rotor und einem mit einem Gehäuseteil und einem Deckel drehfest verbundenen und teilweise mit einem viskosen Fluid gefüllten Abtriebsglied, wobei das Gehäuseteil drehbar auf der Welle gelagert ist und auf beiden Seiten des Rotors jeweils einen Vorratsraum begrenzt, von denen der eine über eine Trennscheibe mit einer temperaturab­ hängig auf- bzw. zusteuerbaren Öffnungsanordnung von einer Arbeitskammer zwischen Rotor und Trennscheibe abge­ grenzt ist, aus der heraus mittels des Rotors Fluid in den ersten Vorratsraum zurückführbar ist, gekennzeichnet durch eine in das Gehäuseteil (3) eingepaßte, den zweiten Vor­ ratsraum (6′) vom Rotor (1) abschirmende weitere Scheibe (16), die mit dem Rotor (1) eine weitere Arbeitskam­ mer (5 a) ausbildet, wobei in der weiteren Scheibe (16) eine die weitere Arbeitskammer (5 a) mit dem zweiten Vorratsraum (6′) verbindende kleine Öffnung (17) ausgebil­ det ist, über die bei Drehung des Rotors (1) Fluid aus dem zweiten Vorratsraum (6′) abpumpbar ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch den Rotor (1) und die weitere Scheibe (16) in einem radial außen liegenden Bereich ein Labyrinth ausgebildet ist, das über eine gesonderte Öffnung (14 a) in der Trennscheibe (11) und durch eine Öffnung (15) im Rotor (1) mit Fluid versorgt werden kann.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Scheibe (16) im Bereich ihres Innenabschnitts nahe dem Rotor (1) mit einer Druck­ entlastungsöffnung (18) ausgestattet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) an seinem Außen­ umfang eine die Pumpwirkung unterstützende Zähneanordnung zum Umwälzen des in den Arbeitskammern (5 a, 5 b) sowie in den Vorratsräumen (6, 6′) eingeschlossenen Fluids auf­ weist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Trennscheibe vorge­ sehene Öffnungsanordnung (14 a, 14 b) sich in radialer Richtung erstreckt und ein Absperrglied (9) zusammen mit einem auf Temperaturänderungen ansprechenden Element (7) eine Verschiebebewegung in Umfangsrichtung ausführt.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen benachbart und in Drehrichtung des Rotors (1) vor der kleinen Öffnung (17) befindlichen Vorsprung (19) mit vorbestimmter Höhe.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (d) des zweiten Vorratsraumes (6′) kleiner ist als der Außendurch­ messer (d′) der weiteren Arbeitskammer (5 a).

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Temperaturänderungen ansprechende Element (7) aus einem Bimetall besteht.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderte Öffnung (14 a) zur Speisung der weiteren Arbeitskammer (5 a) radial innerhalb der der Arbeitskammer (5 b) zwischen Trenn­ scheibe (11) und Rotor (1) zugeordneten Öffnung (14 b) angeordnet ist.