DE3938616C2

DE3938616C2 - Temperaturabhängig gesteuerte Ventilatorflüssigkeitskuppung

Info

Publication number: DE3938616C2
Application number: DE3938616A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Takikawa; Yuichi Ono
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2009-11-22
Also published as: JPH0271131U; KR920008643B1; DE3938616A1; JPH0547868Y2; KR900008195A; US5018612A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen einer temperaturabhängig gesteuerten Ventilatorflüssigkeitskupplung, die zusammen mit einem Kraftfahrzeugmotor verwendet wird, um den Kühlventilator so anzutreiben, daß die Kühlluft dem Motor stets mit einer den Arbeitsbedingungen des Motors entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.

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 ebene Fläche auf. Wenn sich die Temperatur verändert, biegt sich die ebene 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 ebene Fläche an der Vorderseite des Ventilteils 15 geschlossen bzw. geöffnet. Deswegen wird der Bereich der Bohrung 14′ in vollständig geöffneter Position 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 gesteuert werden. Wie der Kennlinie (B) entnommen werden kann, vergrößert sich die Drehzahl 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 daran hindert, die Ausflußregulieröffnung zu schließen. Wenn der Motor angelassen oder beschleunigt wird, erhöht sich die Drehzahl des abgedichteten Gehäuses rapide, um dadurch den Ventilator mit hoher Geschwindigkeit zu drehen, weil keine Mittel zur Verhinderung des Ölflusses in die Ausflußregulieröffnung auf der, in Drehrichtung gesehen, Zulaufseite der Regulierungsbohrung eingebaut sind.

Die DE-AS-12 16 036 offenbart eine weitere temperaturabhängig gesteuerte Flüssigkeitsreibungskupplung, bei der der Innenraum des Kupplungsgehäuses durch eine Trennscheibe in eine Speicherkammer für das Öl und in eine Arbeitskammer unterteilt wird. Die Trennscheibe ist mit einer kreisrunden Durchgangsöffnung versehen, die durch einen Bimetallstreifen bzw. ein Ventilglied schlagartig geöffnet oder verschlossen wird, wodurch sich eine Kennlinie (B) gemäß Fig. 6 ergibt, bei der die Ventilatordrehzahl im kalten Betriebszustand des Motors sprunghaft ansteigt.

Aus der DE-A1-38 31 832 ist eine temperaturabhängige Ventilatorflüssigkeitskupplung bekannt, die das Regelverhalten der Kupplung verbessern soll. Dazu ist die Ausflußregulieröffnung in der Trennplatte des Kupplungsgehäuses, die den Innenraum in eine Ölsammelkammer und eine Drehmomentübertragungskammer teilt, als länglicher Schlitz ausgebildet, der sich in radialer Richtung erstreckt. Dadurch wird der Durchflußquerschnitt für das Öl bei der Auslenkung des Ventilgliedes die Ausflußregulieröffnung nach und nach verschließen.

Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß beim Schließvorgang nur ein radial außen liegender Bereich der Ausflußregulieröffnung verschlossen wird und zwar dort, wo der Druck des in der Ölsammelkammer umlaufenden Öls auf Grund der Zentrifugalkräfte besonders hoch ist. Daher ist die Schließcharakteristik nicht völlig zufriedenstellend.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine temperaturabhängig gesteuerte Ventilatorflüssigkeitskupplung zu schaffen, 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 eine sprunghafte Erhöhung der Drehzahl des Ventilators beim Anlassen oder Beschleunigen verhindert und das Drehmoment wirkungsvoll überträgt.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine temperaturabhängig gesteuerte Ventilatorflüssigkeitskupplung gelöst, die aufweist:
eine rotierende Welle;
eine starr am vorderen Ende der Welle befestigte Antriebsscheibe;
ein abgedichtetes Gehäuse, bestehend aus einem Deckel und einer Ummantelung, wobei auf dem äußeren Umfang des Gehäuses ein über ein Lager auf der Welle befestigter Kühlventilator angebracht ist;
eine Trennplatte, die das Innere des Gehäuses in eine Ölsammelkammer und eine die Antriebsscheibe enthaltende Drehmomentübertragungskammer teilt, wobei die Trennplatte eine Ausflußregulieröffnung aufweist;
einen in einem Teil der inneren Wandungsoberfläche des Gehäuses, die der äußeren Wandfläche der Antriebsscheibe gegenüberliegt und in der sich das Öl während der Rotation sammelt, eingeformten Überlauf;
einen mit dem Überlauf in Verbindung stehenden Umlaufkanal, der sich von der Drehmomentübertragungskammer zu der Ölsammelkammer hin erstreckt;
eine Temperaturfühleinrichtung, die auf der Vorderfläche des Deckels angeordnet ist und sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verformt;
ein zungenförmiges federelastisches Ventilteil, das mit der Temperaturfühleinrichtung gekoppelt ist und die Ausflußregulieröffnung öffnet, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet und diese schließt, wenn die Umgebungstemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt, wobei das Ventilteil axial nach außen gebogen ist und sich unmittelbar an der Ausflußregulieröffnung befindet und diese überdeckt, wobei ein Ende des Ventilteils starr an der inneren Wand der Ölsammelkammer befestigt ist;
einen zwischen den einander gegenüberliegenden Wandflächen der Antriebsscheibe, der Ummantelung und des Deckels eingeformten Spalt zum Übertragen des Drehmoments sowie
ein axial angeordnetes, stabförmiges Bauteil, das eine Schließkraft direkt oder indirekt von der Temperaturfühleinrichtung auf das Ventilteil überträgt, wobei die Ventilatorflüssigkeitskupplung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausflußregulieröffnung im äußersten Umfangsbereich der Trennplatte angeordnet ist und die Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden, länglichen Schlitzes einnimmt und daß das befestigte Ende des Ventilteils an der, in Drehrichtung gesehen, voreilenden Seite der Ausflußregulieröffnung angeordnet ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Stellelement zwischen das stabförmige Bauteil und das vordere Ende des gebogenen Ventilteils eingebracht.

Weiterhin kann an dem Stellelement ein Gewicht angebracht sein.

In der oben beschriebenen Lösung ist die Ausflußregulieröffnung nahe dem äußersten Ende der Trennplatte angebracht und in Form eines sich in Umfangsrichtung der Trennplatte erstreckenden Schlitzes ausgebildet. Da die Ausflußregulieröffnung 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 Ausflußregulieröffnung angebracht und aufwärts 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 Reaktion auf einen Wechsel der Umgebungstemperatur. Die Position, die Form und die Richtung der Ausflußregulieröffnung erlauben dem Ventilteil, sich um sein befestigtes Ende zu bewegen, so daß die Ausflußregulieröffnung kontinuierlich und effizient geöffnet oder geschlossen wird. Wie durch die Kennlinie (A) in Fig. 6 gezeigt, ist die Drehzahl des Ventilators proportional zur Umgebungstemperatur, d. h., es wird ein gutes Ansprechverhalten erreicht. Weiterhin kann die Ventilatorkupplung die Menge der Kühlluft schnell, fließend und genau steuern. Ebenso wird ein Pendeln verhindert. Zusätzlich wird das Ventilteil nicht gehindert, die Ausflußregulieröffnung 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 durch die Ausflußregulieröffnung fließt, wenn sich die Drehzahl des Gehäuses beim Anlassen oder Beschleunigen des Motors rapide erhöht, weil das befestigte Ende des Ventilteils auf der, in Drehrichtung gesehen, voreilenden Seite der Ausflußregulieröffnung angebracht ist. Demzufolge kann ein plötzliches starkes Ansteigen der Drehzahl des Ventilators vermieden werden. In Fig. 6 bedeutet T die Temperatur, während F die Drehzahl des Ventilators bei der Förderung bezeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung deutlich.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Teilquerschnitt einer temperaturabhängig gesteuerten 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 in einer anderen Ausführungsform der Ventilatorflüssigkeitskupplung;

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 Teildraufsicht auf eine herkömmliche Ventilatorflüssigkeitskupplung, wobei die Umgebung der Ausflußregulieröffnung 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.

In den Fig. 1-4A ist eine erfindungsgemäße Ventilatorflüssigkeitskupplung gezeigt. Die Kupplung umfaßt eine sich drehende Welle 1. Eine Antriebsscheibe 2 ist starr am vorderen Ende der Welle 1 befestigt. Diese Welle 1 weist einen Flansch 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 eine Trennplatte 4 in eine Ölsammelkammer 5 und eine Drehmomentübertragungskammer 6 geteilt. Eine großflächige Ausflußregulieröffnung 4′ ist nahe des äußeren Endes in die Trennplatte 4 eingeformt. Die Ausflußregulieröffnung 4′, die die Form eines sich entlang des Umfangs der Trennplatte erstreckenden Schlitzes aufweist, steuert die Fließgeschwindigkeit des Öls, das von der Ölsammelkammer 5 zu der Drehmomentübertragungskammer 6 fließt. Ein Drehmomentübertragungsspalt 6′ ist in der Drehmomentübertragungskammer 6 zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Antriebsscheibe 2 und des abgedichteten Gehäuses 3 ausgebildet.

Das Stellelement 8 besteht aus einem Federmaterial. Ein Ende des Stellelements 8 ist an der der Seite der Ölsammelkammer 5 zugewandten Oberfläche der Trennplatte 4 vernietet. Das andere Ende ist nahe der Ausflußregulieröffnung 4′ angeordnet. Eine metallische Haltevorrichtung 7 ist an der Vorderfläche des Deckels 3′ befestigt und eine aus einem Bimetallstreifen bestehende Temperaturfühleinrichtung 10 ist mit ihren beiden Enden an der Haltevorrichtung 7 verankert. Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verformt sich die Temperaturfühleinrichtung 10, wodurch ein stabförmiges Bauteil 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′ ausgebildet. Auf der inneren Oberfläche der Ummantelung 3′′ sammelt sich das Öl. Ein nahe dem Überlauf 9′ auf der, in Drehrichtung gesehen, voreilenden Seite des Überlaufs 9′ angeordneter Umlaufkanal 9 erstreckt sich aus der Drehmomentübertragungskammer 6 in die Ölsammelkammer 5. Ein kurzes zungenartiges, federelastisches Ventilteil 12 ist nahe der Ausflußregulieröffnung 4′ nach oben gebogen und erstreckt sich über diese Ausflußregulieröffnung 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 Ausflußregulieröffnung 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 das Stellelement 8 (Fig. 1, 2 und 3) verbunden, um dem Ventilteil 12 zu erlauben, die Ausflußregulieröffnung 4′ kontinuierlich und genau zu schließen. Das befestigte Ende 12′ ist, in Drehrichtung gesehen, auf der voreilenden Seite der Ausflußregulieröffnung 4′ angebracht, so daß das Ventilteil 12 das Öl davon abhalten kann, in die Ausflußregulieröffnung 4′ zu fließen, wenn die Drehzahl des abgedichteten Gehäuses 3 beim Anlassen oder Beschleunigen rapide erhöht wird. Auf diese Weise wird ein schnelles Ansteigen der Drehzahl des Ventilators vermieden.

An dem Stellelement 8 ist ein Gewicht 13 befestigt, so daß die Zentrifugalkraft auch an diesem Gewicht 13 angreift. Falls die Drehzahl des abgedichteten Gehäuses 3 einen Wert übersteigt, der vorher für die momentane Temperatur festgelegt wurde, wird diese Drehzahl 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 beschrieben, wird in der neuen temperaturabhängig gesteuerten Ventilatorflüssigkeitskupplung die Ausflußregulieröffnung 4′ kontinuierlich und genau, immer als Reaktion auf extensive Veränderungen 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 Ausflußregulieröffnung 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, fließend und genau. Zusätzlich kann ein Pendeln aufgrund der Zurück- und Vorwölbung des Ventilteils 12 bei Änderungen der durch die Ausflußregulieröffnung 4′ fließenden Ölmenge vermieden werden. Außerdem wird das Ventilteil 12 nicht daran gehindert, die Ausflußregulieröffnung 4′ zu schließen, wenn der Öldruck in der Nähe des äußeren Umfangs der Trennplatte 4 hoch ist. Gleichzeitig kann das Drehmoment wirkungsvoll übertragen werden, da das Öl, das in der Nähe des äußeren Umfangs der Trennplatte 4 weniger Luftblasen aufweist, in Richtung der Drehmomentübertragungskammer 6 ausfließt. Weiterhin kann beim Anlassen oder Beschleunigen des Motors ein rapides Ansteigen der Drehzahl des Ventilators vermieden werden. Auf diese Weise wird eine sehr wirkungsvolle temperaturabhängig gesteuerte Ventilatorflüssigkeitskupplung erhalten.

Claims

1. Temperaturabhängig gesteuerte Ventilatorflüssigkeitskupplung aufweisend:
eine rotierende Weile (1);
eine starr am vorderen Ende der Welle (1) befestigte Antriebsscheibe (2);
ein abgedichtetes Gehäuse (3), bestehend aus einem Deckel (3′) und einer Ummantelung (3′′), wobei auf dem äußeren Umfang des Gehäuses (3) 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 Ausflußregulieröffnung (4′) aufweist;
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 (9), der sich von der Drehmomentübertragungskammer (6) zu der Ölsammelkammer (5) hin erstreckt;
eine Temperaturfühleinrichtung (10), die auf der Vorderfläche des Deckels (3′) angeordnet ist und sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur verformt;
ein zungenförmiges federelastisches Ventilteil (12), das mit der Temperaturfühleinrichtung (10) gekoppelt ist und die Ausflußregulieröffnung (4′) öffnet, wenn die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet und diese schließt, wenn die Umgebungstemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt, wobei das Ventilteil (12) axial nach außen gebogen ist und sich unmittelbar an der Ausflußregulieröffnung (4′) befindet und diese überdeckt, 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′) eingeformten Spalt (6′) zum Übertragen des Drehmoments sowie
ein axial angeordnetes, stabförmiges Bauteil (11), das eine Schließkraft direkt oder indirekt von der Temperaturfühleinrichtung (10) auf das Ventilteil (12) überträgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausflußregulieröffnung (4′) im äußersten Umfangsbereich der Trennplatte (4) angeordnet ist und die Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden, länglichen Schlitzes einnimmt und daß das befestigte Ende des Ventilteils (12) an der, in Drehrichtung gesehen, voreilenden Seite der Ausflußregulieröffnung (4′) angeordnet ist.

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

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