DE3938616A1 - Temperaturkontrollierte ventilatorfluessigkeitskupplung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in einer temperaturkontrollierten Ventilatorflüssigkeitskupplung, die im allgemeinen zusammen mit einem Kraftfahrzeugmotor verwendet wird, um den Kühlventilator so anzutreiben, daß die Kühlluft dem Motor stets mit einer den Arbeitsbedingungen des Motors entsprechenden Fließgeschwindigkeit zugeführt wird. Die Erfindung betrifft also eine Ventilatorflüssigkeitskupplung, die automatisch die Fließgeschwindigkeit der dem Kraftfahrzeugmotor zugeführten Kühlluft steuert.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine herkömmliche Ventilatorflüssigkeitskupplung der eingangs erwähnten Art ist in Fig. 5 gezeigt, wobei eine Trennplatte 14 mit einer kreisförmigen Ausflußregulierungsbohrung 14′ versehen ist. Die platte enthält ein plattenförmiges federelastisches Ventilteil 15. Das Ventilteil verstellt sich durch eine Verschlußstange, die der Verformung einer außenseitig angeordneten Temperaturfühleinrichtung folgt. Die Temperaturfühleinrichtung verformt sich, wenn sich die Temperatur verändert. Das Ventilteil 15 weist an seiner Vorderseite eine flache Fläche auf. Wenn sich die Temperatur verändert, biegt sich die flache Fläche des Ventilteils 15 vor oder zurück, um die Bohrung 14′ zu schließen bzw. zu öffnen. Die Charakteristik dieser Kupplung ist durch die Kurve (B) in Fig. 6 dargestellt.

Bei dieser herkömmlichen Ventilatorkupplung wird die Ausflußregulierungsbohrung 14′ direkt durch die sich vor- oder zurückbewegende flache Fläche an der Vorderseite des Ventilteils 15 geschlossen bzw. geöffnet. Deswegen wird der Bereich der Bohrung 14′ in vollständig geöffneter postition durch die Weite des Ventilteils 15 beschränkt. Aus diesem Grund ist es unmöglich, den Bereich der Bohrung groß zu machen. Des weiteren variiert der nutzbare Bereich, durch den das Öl fließt, sehr stark, wenn ein dünner Spalt in dem Ventilteil erzeugt wird. Folglich kann die abgegebene Menge Öl nicht exakt kontrolliert werden. Wie der Kennlinie (B) entnommen werden kann, vergrößert sich die Umdrehungsgeschwindigkeit unter normalen Arbeitsbedingungen bei einer Temperatur von ca. 60°C rapide. Folglich ist die Ventilatorkupplung nicht in der Lage, während des Betriebs des Fahrzeugs konstant eine adäquate Menge Kühlluft über einen weiten Temperaturbereich zu liefern. Daher können der durch den Ventilator hervorgerufene Lärm, der Verbrauch an Energie und die Aufwärmzeit für das Fahrzeug nicht ausreichend verringert werden. Weiterhin wölbt sich, da nur das lange, integrierte Ventilteil 15 verwendet wird, dieses Ventilteil aufgrund der Druckänderungen des durch die Ausflußregulierungsbohrung 14′ fließenden Öls zurück und vor, wodurch der Ventilator pendelt. Zusätzlich erhöht die auf das Öl wirkende Zentrifugalkraft den Öldruck, was das Ventilteil davon abhält, die Ausflußregulierungsbohrung zu schließen. Wenn der Motor angelassen oder beschleunigt wird, erhöht sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des abgedichteten Gehäuses rapide, um dadurch den Ventilator mit hoher Geschwindigkeit zu drehen, weil keine Mittel zur Verhinderung des Ölflusses in die Ausflußregulierungsbohrung auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite der Regulierungsbohrung eingebaut sind.

Kurzfassung der Erfindung

Im Hinblick auf die vorerwähnten Probleme der Verfahren des Standes der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine temperaturkontrollierte Ventilatorflüssigkeitskupplung zur Verfügung zu stellen, die stets eine adäquate Menge Kühlluft entsprechend den Arbeitsbedingungen eines Kraftfahrzeugmotors liefert, gut auf Temperaturänderungen reagiert, den Ventilator schnell, ruhig und genau steuert, ein pendeln und die vorgenannte Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Ventilators beim Anlassen oder Beschleunigen verhindert und das Drehmoment wirkungsvoll überträgt.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine temperaturkontrollierte Ventilatorflüssigkeitskupplung gelöst, die folgende Merkmale aufweist:

eine rotierende Hauptwelle; eine starr am vorderen Ende der Welle angebrachte Antriebsscheibe; ein abgedichtetes, angetriebenes Gehäuse, das über ein Lager an der Welle befestigt ist; ein auf der Außenfläche des Gehäuses montiertes Ventilatorbauteil; eine Trennplatte, die das Innere des Gehäuses in eine Ölsammelkammer und eine, die Antriebsscheibe enthaltende Drehmomentübertragungskammer trennt, wobei die Trennplatte mit einer Ausflußregulierungsbohrung zum Regulieren des Ausflusses von im Inneren befindlicher Flüssigkeit versehen ist; einen in einen Teil der inneren Wandfläche des Gehäuses eingeformten Überlauf, der der äußeren Wandfläche der Antriebsscheibe gegenüberliegt und in dem sich das Öl während der Rotation sammelt; einen Überlaufkanal, der mit dem Überlauf in Verbindung steht und der sich von der Drehmomentübertragungskammer in die Ölsammelkammer erstreckt; ein Temperaturfühlbauteil, das auf der vorderen Fläche des Gehäuses angebracht ist und sich mit der Temperatur verformt; ein Ventilbauteil, das im Inneren des Gehäuses montiert ist und sich entsprechend der Verformung des Temperaturfühlbauteils verstellt und in der Weise arbeitet, daß das Ventilteil die Ausflußregulierungsbohrung öffnet, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet und sie schließt, wenn die Umgebungstemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt, sowie einen zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen des Gehäuses und der in dem Gehäuse zur Übertragung des Drehmoments angebrachten Antriebsscheibe ausgebildeten Spalt. Die wirksame Ölkontaktfläche in dem Spalt wird vergrößert bzw. verkleinert, um das von der antreibenden Hauptwelle zu dem angetriebenen Gehäuse übertragene Drehmoment zu steuern. Die vorliegende Ventilatorflüssigkeitskupplung weist weiterhin die folgenden Merkmale auf: die Ausflußregulierungsbohrung befindet sicht in nächster Nähe zum äußeren Ende der Trennplatte. Diese Bohrung nimmt die Form eines sich entlang des Umfangs der Trennplatte erstreckenden Schlitzes an. Das Ventilteil befindet sich dicht an der Bohrung und erstreckt sich darüber hinaus. Ein Ende des Ventilteils ist starr an der inneren Wandung der Ölsammelkammer befestigt. Das Ventilteil ist federelastisch, weist die Form einer Zunge auf und ist nach oben gebogen. Das vordere Ende des gebogenen Ventilteils steht im federelastischen Kontakt mit einem stabförmigen Bauteil oder ist indirekt federelastisch mit dem stabförmigen Bauteil verbunden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das befestigte Ende des Ventilteils auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite der Ausflußregulierungsbohrung angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das vordere Ende des gebogenen Ventilteils dazu gebracht, über ein Verstellteil das stabförmige Bauteil zu verstellen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Gewicht an dem Verstellteil befestigt.

In der oben beschriebenen neuen Konstruktion ist die Ausflußregulierungsbohrung in nächster Nähe zum außeren Ende der Trennplatte angebracht und in Form eines sich entlang des Umfangs der Platte erstreckenden Schlitzes ausgebildet. Da die Bohrung nicht durch die Breite des Ventilteils beschränkt wird, ist sie so geformt, daß sie eine große Fläche aufweist. Das federelastische zungenförmige Ventilteil ist nahe der Ausflußregulierungsbohrung angebracht und nach oben gebogen. Das vordere Ende des gebogenen Ventilteils steht in federelastischem Kontakt mit dem stabförmigen Bauteil oder ist indirekt federelastisch mit dem stabförmigen Bauteil verbunden. Nahe dem äußeren Ende, an dem der Druck aufgrund der Zentrifugalkraft des in der Ölsammelkammer gesammelten Öls am größten ist, bewegt sich das stabförmige Bauteil vor oder zurück als Antwort auf einen Wechsel der Umgebungstemperatur. Dann erlauben die Position, die Form und die Richtung der Ausflußregulierungsbohrung dem Ventilteil, sich um sein befestigtes Ende zu bewegen, so daß die Bohrung kontinuierlich und effizient geöffnet oder geschlossen wird. Wie durch (A) in Fig. 6 markiert, ist die Umdrehungsgeschwindigkeit proportional zur Umgebungstemperatur, d.h., es wird ein gutes Ansprechverhalten erreicht. Weiterhin kann die Ventilkupplung die Menge der Kühlluft schnell, ruhig und genau steuern. Ebenso wird ein pendeln verhindert. Zusätzlich wird das Ventilteil nicht davon abgehalten, die Bohrung zu schließen. Nahe dem äußeren Ende enthält das Öl weniger Luftblasen. Da das Öl auf diese Art in Richtung der Drehmomentübertragungskammer ausfließt, kann das Drehmoment wirkungsvoll übertragen werden. Das Ventilteil verhindert, daß das Öl in die Bohrung fließt, wenn sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gehäuses beim Anlassen oder Beschleunigen des Motors rapide erhöht, weil das befestigte Ende des Ventilteils auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite der Ausflußregulierungsbohrung angebracht ist. Demzufolge kann ein starkes Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Ventilators vermieden werden. In Fig. 6 bedeutet T die Temperatur, während F die Umdrehungsgeschwindigkeit des Ventilators bei der Förderung bezeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen teilweise geschnittenen vertikalen Querschnitt einer erfingungsgemäßen temperaturkontrollierten Ventilatorflüssigkeitskupplung;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf Hauptteile der in Fig. 1 gezeigten Kupplung;

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch ist eine andere erfindungsgemäße Ventilatorflüssigkeitskupplung dargestellt;

Fig. 4A zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV der Fig. 4;

Fig. 4B zeigt eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine herkömmliche Ventilatorflüssigkeitskupplung, wobei die Umgebung der Ausflußregulierungsbohrung dargestellt ist; und

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Ventilators und die Kennlinie eines Ventilators nach dem Stand der Technik zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Fig. 1-4A ist eine erfindungsgemäße Ventilatorflüssigkeitskupplung gezeigt. Die Kupplung umfaßt eine sich drehende Hauptwelle 1. Eine Antriebsscheibe 2 ist starr am vorderen Ende der Welle 1 befestigt. Diese Welle 1 weist eine angeflanschte Wandung 1′ an ihrem rückwärtigen Ende auf. Eine Ummantelung 3′′ wird über ein Lager auf der Welle 1 gehalten. Ein Deckel 3′ ist auf der Vorderfläche der Ummantelung 3′′ angebracht, um so ein abgedichtetes angetriebenes Gehäuse 3 zu bilden. Das Innere des Gehäuses 3 ist durch ein Trennplatte 4 in eine Ölsammelkammer 5 und eine Drehmomentübertragungskammer 6 geteilt. Eine großflächige Ausflußregulierungsbohrung 4′ ist in nächster Nähe des äußeren Endes in die Trennplatte 4 eingeformt. Die Bohrung 4′, die die Form eines sich entlang des Umfangs der Platte erstreckenden Schlitzes annimmt, steuert die Fließgeschwindigkeit des Öls, das von der Sammelkammer 5 zu der Drehmomentübertragungskammer 6 fließt. Ein Drehmomentübertragungsspalt 6′ ist in der Drehmomentübertragungskammer 6 zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen der Antriebsscheibe 2 und des abgedichteten Gehäuses 3 eingeformt.

Das Verstellbauteil 8 besteht aus einem Federmaterial. Ein Ende des Stellelements 8 ist an der Seite des Ölsammelbehälters 5 zugewandten Oberfläche der Trennplatte 4 vernietet. Das andere Ende ist nahe der Ausflußregulierungsbohrung 4′ angeordnet. Eine metallische Haltevorrichtung 7 ist an der Vorderfläche des Deckels 3′ befestigt und eine aus einem Bimetallstreifen bestehende Temperaturfühleinrichtung 10 ist mit seinen beiden Enden an der Haltevorrichtung 7 verankert. Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verformt sich die Temperaturfühleinrichtung 10, wodurch ein stabförmiges Stellelement 11 vor bzw. zurück bewegt wird. In einem der äußeren Wandfläche der Antriebsscheibe 2 gegenüberliegenden Teil der inneren Wandfläche der Ummantelung 3′′ ist ein Überlauf 9′ eingeformt. Auf dieser inneren Oberfläche der Ummantelung 3′′ sammelt sich das Öl. Ein nahe dem Überlauf 9′ auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite des Überlaufs angeordneter Ölumlaufkanal 9 erstreckt sich aus der Drehmomentübertragungskammer 6 in die Ölsammelkammer 5. Ein kurzes zungenartiges, federelastisches Ventilteil 12 ist nahe der Ausflußregulierungsbohrung 4′ nach oben gebogen und erstreckt sich über diese Bohrung 4′. Ein Ende des Ventilteils 12 ist fest an der Trennplatte 4 oder der inneren Umfangswand des Deckels 3′ (Fig. 4 A) bei 12′ befestigt. Das Ventilteil 12 öffnet und schließt die Bohrung 4′. Das erhöhte vordere Ende des Ventilteils 12 steht in federelastischem Kontakt mit dem stabförmigen Bauteil 11 (Fig. 4 und 4A) oder ist federelastisch mit dem stabförmigen Bauteil 11 durch ein Stellelement S (Fig. 1, 2 und 3) verbunden, um dem Ventilteil 12 zu gestatten, die Regulierungsbohrung 4′ kontinuierlich und genau zu schließen. Das befestigte Ende 12′ ist, in Drehrichtung gesehen, auf der Zulaufseite der Bohrung 4′ angebracht, so daß das Ventilteil 12 das Öl davon abhalten kann, in die Auslußregulierungsbohrung 4′ zu fließen, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des abgedichteten Gehäuses 3 beim Anlassen oder Beschleunigen rapide erhöht wird. Auf diese Weise wird ein schnelles Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Ventilators vermieden.

An dem Stellelement 8 ist ein Gewicht 13 befestigt, so daß die Zentrifugalkraft auch an diesem Gewicht 13 angreift. Falls die Umdrehungsgeschwindigkeit des abgedichteten Gehäuses 3 einen Wert übersteigt, der vorher für die momentane Temperatur festgelegt wurde, wird diese Umdrehungsgeschwindigkeit durch die Wirkung des Gewichts auf den vorher bestimmten Wert reduziert.

In den Fig. 3 und 4A zeigen die Pfeile die Richtung an, in die sich das Stellelement 8 und das stabförmige Bauteil 11 bewegen.

Wie bis jetzt beschrieben, wird in der neuen temperaturkontrollierten Ventilatorflüssigkeitskupplung die Ausflußregulierungsbohrung 4′ kontinuierlich und genau, immer als Reaktion auf ausgedehnte Änderungen der Umgebungstemperatur während des Betriebs des Fahrzeugs, durch das kurze, zungenförmige, um die Befestigungsstelle 12′ herum nach oben gebogene Ventilteil 12 in der Nähe des äußeren Endes der Kupplung, wo das Öl durch die Zentifugalkraft während der Drehung unter dem höchsten Druck steht, aufgrund der Position der Bohrung 4′, ihrer großen Fläche und der Form des sich entlang des Umfangs erstreckenden Schlitzes geschlossen. Auf diese Weise wird die Menge des in die Drehmomentübertragungskammer 6 fließenden Öls exakt gesteuert. Aufgrund dessen wird eine angemessene Menge Kühlluft über einen weiten Temperaturbereich, jeweils entsprechend den Arbeitsbedingungen des Motors erhalten. Folglich spricht die Ventilatorkupplung gut auf Temperaturänderungen an. Des weiteren steuert die Kupplung die Menge an gefördertem Öl schnell, ruhig und genau. Zusätzlich kann ein pendeln aufgrund der Zurück- und Vorwölbung des Ventilteils bei Änderungen der durch die Ausflußregulierungsbohrung fließenden Ölmenge vermieden werden. Außerdem wird das Ventilteil nicht daran gehindert, die Bohrung zu schließen, wenn der Öldruck in der Nähe des äußeren Umfangs hoch ist. Gleichzeitig kann das Drehmoment wirkungsvoll übertragen werden, da das Öl, das in der Nähe des äußeren Umfangs weniger Luftblasen aufweist, in Richtung der Drehmomentübertragungskammer 6 ausfließt. Weiterhin kann beim Anlassen oder Beschleunigen des Motors ein rapides Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Ventilators vermieden werden. Auf diese Weise wird eine sehr nützliche temperaturkontrollierte Ventilatorflüssigkeitskupplung angeboten.

Claims (4)

1. Temperaturkontrollierte Ventilatorflüssigkeitskupplung aufweisend
eine rotierende Welle 1,
eine starr am vorderen Ende der Welle befestigten Antriebsscheibe 2;
ein abgedichtetes Gehäuse 3, bestehend aus einem Deckel 3′ und einer Ummantelung 3′′, wobei auf dem äußeren Umfang des Gehäuses 5 ein über ein Lager auf der Welle 1 befestigter Kühlventilator angebracht ist;
eine Trennplatte 4, die das Innere des Gehäuses 3 in eine Ölsammelkammer 5 und eine die Antriebsscheibe 2 enthaltende Drehmomentübertragungskammer 6 teilt, wobei die Trennplatte 4 eine Ausflußregulierungsbohrung 4′ aufweist, die den Ausfluß an Öl reguliert, wobei die Bohrung 4′ nahe des äußeren Endes der Trennplatte 4 angebracht ist und die Form eines sich entlang des Umfangs der Trennplatte 4 erstreckenden Schlitzes annimmt;
einen in einem Teil der inneren Wandungsoberfläche des Gehäuses 3, die der äußeren Wandfläche der Antriebsscheibe 2 gegenüberliegt und in der sich das Öl während der Rotation sammelt, eingeformten Überlauf 9′;
einen mit dem Überlauf 9′ in Verbindung stehenden Umlaufkanal, der sich von der Drehmomentübertragungskammer 6 zu der Ölsammelkammer 5 hin erstreckt;
eine Temperaturfühleinrichtung 10, die auf der Vorderfläche des Deckels 3′ montiert ist und sich mit der Temperatur verformt;
ein zungenförmiges federelastisches Ventilteil 12, das mit der sich verformenden Temperaturfühleinrichtung 10 gekoppelt ist und in der Weise arbeitet, daß es die Auslußregulierungsbohrung 4′ öffnet, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet und sie schließt, wenn die Umgebungstemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt, wobei das Ventilteil 12 nach oben gebogen ist, sich nahe der Ausflußregulierungsbohrung 4′ befindet und sich über diese erstreckt, wobei ein Ende des Ventilteils 12 starr an der inneren Wand der Ölsammelkammer 5 befestigt ist;
einen zwischen den einander gegenüberliegenden Wandflächen der Antriebsscheibe 2, der Ummantelung 3′′ und des Deckels 3′ nahe deren äußeren Enden eingeformten Spalt 6′ zum Übertragen des Drehmoments, sowie
ein stabförmiges Bauteil 11, mit dem das vordere Ende des Ventilteils 12 in federelastischem Kontakt steht;
bei der die effektive Ölkontaktfläche in dem Spalt 6′ erhöht bzw. erniedrigt wird, um das von der rotierenden Welle 1 zu dem angetriebenen abgedichteten Gehäuse 3 übertragene Drehmoment zu steuern.

2. Ventilatorflüssigkeitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellelement 8 zwischem das stabförmige Bauteil 11 und das vordere Ende des gebogenen Ventilteils 12 geschaltet ist.

3. Ventilatorflüssigkeitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das befestigte Ende des Ventilteils 12 auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite der Ausflußregulierungsbohrung 4′ angebracht ist.

4. Ventilatorflüssigkeitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewicht 13 an dem Stellelement 8 angebracht ist.