DE4125396A1 - Temperaturgesteuerte fluidreibkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine temperaturgesteuerte Fluidreib­ kupplung zum intermittierenden Antrieb eines Kühllüfters einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus US-PS 46 62 495 bekannten gattungsgemäßen temperaturgesteuerten Fluidreibkupplung ist ein Gehäuse drehbar an einer zur Verbindung mit einer Verbrennungs­ kraftmaschine ausgebildeten Antriebswelle angeordnet, wobei der Gehäuseinnenraum von einer Trennwand in eine Vorrats­ kammer und eine Drehmomentübertragungskammer geteilt ist. An der Antriebswelle ist ein Rotor befestigt derart, daß sich wechselseitig gegenüberstehende Scherflächenspalte zwischen dem Gehäuse und dem Rotor gebildet sind. An einer Außenfläche des eine Vorderseitenabdeckung und einen rück­ seitigen Körper aufweisenden Gehäuses ist ein Kühllüfter angeordnet.

An der Außenseite der Vorderseitenabdeckung ist ein aus ei­ nem Bimetall bestehendes temperarturempfindliches Element angeordnet, das sich in Abhängigkeit von einer Änderung der Außentemperatur biegt. In der Trennwand sind eine Ventilöffnung und ein Ventilhebel zum Öffnen und Schließen der Ventilöffnung vorgesehen. Der Ventilhebel ist anfangs in Öffnungsrichtung vorgespannt. Zwischen dem Bimetall und dem Ventilhebel ist ein Betätigungsstift vorgesehen, der eine Verformung des Bimetalls zum Ventilhebel überträgt.

Wenn sich das Bimetall infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur verformt, bewegt sich der Ventilhebel über den Betätigungsstift zum Öffnen oder Schließen der Ventilöffnung in die gleiche Richtung. Daraufhin fließt viskoses Fluid in den oder aus dem Scherflächenspalt und bewirkt oder unterbricht die Drehmomentübertragungslei­ stung.

Die von dem Bimetall festgestellte Umgebungstemperatur ist im allgemeinen die Temperatur der Luft nach dem Durchtreten eines Kühlers. Bei einer niedrigen Temperatur, beispiels­ weise unterhalb von 60^oC, verbleibt das Bimetall in einer relativ flachen Form, und der Ventilhebel verschließt die Ventilöffnung. In dieser Stellung wird das viskose Fluid von einem Damm aus der Drehmomentübertragungskammer zur Vorratskammer verdrängt, wodurch die Fluidreibkupplung in ihrer Außerbetriebsstellung verbleibt.

Demgegenüber verbiegt sich bei hohen Temperaturen über 60^oC das Bimetall in Richtung der Gehäuseaußenseite, wonach sich das freie Ende des Ventilhebels vom Umfang der Ventil­ öffnung trennt. In dieser Stellung strömt viskoses Fluid aus der Vorratskammer zur Drehmomentsübertragungskammer. Hierdurch ist die Fluidreibkupplung in ihre Betriebsstel­ lung geschaltet.

Während der Außerbetriebsstellung wird nur wenig Drehmoment übertragen, und die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters ist relativ gering. Während der Betriebsstellung steigen die Drehmomentübertragung und die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters an.

Jedoch steigt auch in der Außerbetriebsstellung die Leer­ laufgeschwindigkeit des Lüfters bis zu einem relativ hohen Wert an, beispielsweise 900 U/min an einem Wintermorgen. Dieser Effekt ist als "kriechende Drehung" bekannt, der von einem relativ geringen übertragenen Drehmoment verursacht wird, das sowohl von in den Scherflächenspalten verblie­ benem viskosen Fluid als auch von Lagerreibung zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle hervorgerufen ist.

Ursprünglich war die bekannte Fluidreibkupplung zur Verrin­ gerung der Leerlaufdrehzahl des Lüfters vorgesehen, um da­ mit Lärmentwicklung, Kraftstoffverbrauch und die Aufwärm­ phase des Motors zu verringern. Die verbliebene kriechende Drehung steht jedoch diesen ursprünglichen Zielen nach wie vor entgegen.

Der Erfindung liegt daher zur Beseitigung der geschilderten Nachteile die Aufgabe zugrunde, die temperaturgesteuerte Fluidreibkupplung derart weiterzubilden, daß während der Außerbetriebsstellung der Kupplung die Leerlaufdrehzahl und die Leerlaufgeräuschentwicklung des Lüfters verringert, die Motoraufwärmphase verkürzt und der Kraftstoffverbrauch re­ duziert sind.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im An­ spruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist ein Gehäuseinnenraum von einer in Axialrichtung bewegbaren Trennwand in eine Drehmomentkammer und eine leere Kammer unterteilt. Zwischen der Trennwand und dem Gehäuse ist eine flexible Membran vorgesehen. Ein auf einer Antriebswelle vorgesehener Rotor weist Flächen auf, die einen veränderlichen Scherflächenspalt zwischen der Trennwand und den Flächen bilden. An der Außenseite des Gehäuses ist ein temperaturempfindliches Element vorgese­ hen, das die Trennwand in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur axial verschiebt und damit die Scherflächenspaltbreite verändert. Damit ist die Drehge­ schwindigkeit des Lüfters steuerbar.

Wenn die Trennwand in Richtung des Rotors bewegt wird, ver­ kleinert sich der Scherflächenspalt, wobei zur selben Zeit die Membran viskoses Fluid in den Scherflächenspalt drückt. Infolgedessen ist die Kupplung in die Betriebsstellung ge­ schaltet. Ein vom Motor erzeugtes Drehmoment wird vom Rotor zur Trennwand, zum Gehäuse und schließlich zum Kühllüfter übertragen, wodurch der Lüfter anfängt, sich zu drehen.

Wenn andererseits die Trennwand vom Rotor wegbewegt wird, wird der Scherflächenspalt kleiner, wobei zur selben Zeit die Membran viskoses Fluid aus dem Scherflächenspalt auf­ nimmt. Während der Außerbetriebsstellung wird aufgrund von Zentrifugalkräften das gesamte viskose Fluid gegen die Um­ fangswand der Drehmomentübertragungskammer gedrückt.

Erfindungsgemäß endet der Umfang des Rotors innerhalb der Umfangswand der Drehmomentübertragungskammer im Abstand zu dieser. Daher befindet sich in der Außerbetriebsstellung nur wenig viskoses Fluid am Rotorumfang. Die Drehmoment­ übertragung ist größtenteils vermieden und die Leerlaufge­ schwindigkeit des Lüfters auf ein Minimum verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 die Fluidreibungskupplung im senkrechten Schnitt in der Außerbetriebsstellung und

Fig. 2 in der Betriebsstellung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dargestellte tempera­ turgesteuerte Fluidreibkupplung eine Antriebswelle 1 mit einem Rotor 2, ein Gehäuse 6 zur Lagerung eines Kühllüf­ ters, eine bewegbare Trennwand 7 zur Teilung des Gehäusein­ nenraums in eine Drehmomentübertragungskammer 9 und eine leere Kammer 8, eine zwischen der Trennwand 7 und dem Ge­ häuse 6 angeordnete flexible ringförmige Membran 12 sowie ein an der Außenseite des Gehäuses 6 angeordnetes tempera­ turempfindliches Element aus einem Bimetall 10 auf.

Das Gehäuse 6 weist eine Abdeckung 4 sowie einen Körper 5 auf und ist mittels eines Lagers 3 drehbar an der Antriebs­ welle 1 gelagert.

Ein Innenrand 12a der Membran 12 ist an der Trennwand 7 und ein äußerer Umfang 12b am Gehäuse 6 befestigt derart, daß die Membran 12 den Eintritt viskosen Fluids in die leere Kammer 8 verhindert.

Zwischen dem Bimetall 10 und der Trennwand 7 ist ein Betä­ tigungsstift 11 angeordnet, der sich durch eine in der Ab­ deckung 4 befindliche Öffnung 15 erstreckt und eine Verfor­ mung des Bimetalls 10 auf die Trennwand 7 überträgt.

Am Gehäuse 6 ist über eine Vielzahl von in Gewindebohrungen 40 angeordneter Bolzen ein Kühllüfter befestigt.

Ein Außenumfang 2a des Rotors 2 ist innerhalb eines Umfangs 9a der Drehmomentübertragungskammer 9 im Abstand zu diesem angeordnet. Dieser Außenumfang 2a ist kegelförmig ausgebil­ det, so daß er den viskosen Fluidstrom führt und eine Dreh­ momentübertragungsfläche bildet.

Die Oberflächen des Rotors 2 bilden zwischen einer Trenn­ wandseite 17a und den vorderen Flächen 2a, 2c des Rotors 2 einen veränderlichen Scherflächenspalt 17 und zwischen ei­ ner Körperwand 5a und einer Rückseite 2b des Rotors 2 einen festen Scherflächenspalt 16.

Ein Umfangsabschnitt 7a der Trennwand 7 ist nahe dem Umfang 9a der Drehmomentübertragungskammer 9 in Form eines vergrößerten Flansches ausgebildet. In einem Flanschabschnitt befindet sich eine Öffnung 20 zur Aufnahme eines Führungsstifts 18. Ein unterer Abschnitt 18a des Führungsstifts 18 ist fest in eine Bohrung des Körpers 5 eingefügt. Entlang des Umfangs der Trennwand 7 sind drei Führungsstifte 18 vorgesehen. Jeder Führungsstift 18 wirkt als Stoppglied, um zu verhindern, daß die Trennwand 7 die Fläche 2c des Rotors 2 berührt und sich in Umfangsrichtung relativ zum Gehäuse 6 dreht.

Nahe dem Umfang 7a der Trennwand 7 sind drei Hohlräume 24 in gleichem Umfangsabstand voneinander zur Aufnahme von Schraubenfedern 22 angeordnet. Die Schraubenfedern 22 die­ nen der Vorspannung der Trennwand 7 in eine zur Innenseite 5a des Körpers 5 entgegengesetzte Richtung, d. h. entspre­ chend Fig. 1 nach links.

Wie vorstehend dargelegt, bewegt das Bimetall 10 die Trenn­ wand 7 in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstem­ peratur in Axialrichtung. Diese Bewegung führt zu einer Veränderung der Breite des variablen Scherflächenspalts 17 und steuert die Drehgeschwindigkeit des Lüfters.

Unter der Bedingung niedriger Umgebungstemperatur ist das Bimetall 10, wie in Fig. 1 gezeigt, gebogen. Die Trennwand 7 ist durch die Schraubenfedern 22 vom Körper 5 wegge­ drückt, so daß ein großer Spalt 17 erzeugt ist. Aufgrund der Zentrifugalkraft ist das viskose Fluid gegen den Umfang 9a gedrückt, und die Membran 12 nimmt das viskose Fluid aus den Spalten 16, 17 auf. In der Membran 12 ist ein Aus­ gleichssegment 12c gebildet. Da der Umfang 2a des Rotors 2 innerhalb der Umfangswand 9a der Drehmomentübertra­ gungskammer 9 im Abstand zu dieser endet, befindet sich nur wenig viskoses Fluid am Umfang 2a, 2b und 2c des Rotors 2. Daher ist das übertragene Drehmoment beträchtlich verrin­ gert und die Leerlaufgeschwindigkeit des Lüfters auf ein Minimum reduziert.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird das Bimetall 10 flach, wenn die Umgebungstemperatur bis zu einem vorbestimmten Wert steigt. Die Trennwand 7 wird gegen die Vorspannkraft der Schraubenfedern 22 zum Körper 5 hinbewegt, so daß der Spalt 17 kleiner wird. Viskoses Fluid wird aus dem Aus­ gleichssegment 12c herausgedrückt und strömt in die Spalte 16, 17. Damit wächst das übertragene Drehmoment, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Lüfters schnell ansteigt.

Obwohl vorstehend ein Bimetallelement als temperaturemp­ findliches Element beschrieben wurde, ist es auch möglich, ein anderes temperaturempfindliches Material, wie Thermo­ wachs, einzusetzen.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter­ ter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Claims (3)

1. Temperaturgesteuerte Fluidreibkupplung zum intermit­ tierenden Antrieb eines Kühllüfters einer Verbrennungs­ kraftmaschine, gekennzeichnet durch

• - eine Antriebswelle (1) mit einem Rotor (2)
• - ein einen Innenraum bildendes Gehäuse (6), das zur Lagerung des Kühllüfters drehbar an der Antriebswelle (1) gelagert ist und einen Körper (5) sowie eine Abdeckung (4) aufweist,
• - eine bewegbare Trennwand (7), die den Gehäuseinnenraum in eine Drehmomentübertragungskammer (9) und eine leere Kammer (8) teilt,
• - eine flexible ringförmige Membran (12), deren Innenrand an der Trennwand (7) und deren Umfang am Gehäuse (6) befestigt ist,
• - ein am Gehäuse (6) außen angeordnetes temperaturempfind­ liches Element (10),
• - einen zwischen dem temperaturempfindlichen Element (10) und der Trennwand (7) angeordneten Betätigungsstift (11) und
• - einen im Abstand innerhalb eines Umfangs (9a) der Drehmo­ mentübertragungskammer (9) endenden Rotorumfang (2a) sowie Rotorflächen (2a, 2c) zur Bildung eines zwischen diesen und der Trennwand (7) angeordneten Scherflächenspaltes (17),
• - wobei das temperaturempfindliche Element (10) die Trennwand (7) in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur in Axialrichtung bewegt und damit die Breite des Scherflächenspalts (17) ändert.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) einen festen Scherflächenspalt (16) zwischen einer Innenseite (5a) des Körpers (5) und einer Rückseite (2b) aufweist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennwand (7) eine Schraubenfeder (22) angeordnet ist, welche die Trennwand (7) in eine von der Innenseite (5a) des Körpers (5) weggerichtete Richtung drückt.