DE4125397A1 - 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 temperaturempfindliches 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°C, 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°C 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 Gehäuse mit Innenraum vorgese­ hen, der von einer feststehenden Trennwand in eine Drehmo­ mentübertragungskammer und eine Vorratskammer geteilt ist. Zusätzlich ist die Vorratskammer von einer in Axialrichtung bewegbaren Trennwand in eine aktive Kammer und eine leere Kammer geteilt. Zwischen der bewegbaren Trennwand und dem Gehäuse ist eine flexible Membran vorgesehen.

Die feststehende Trennwand weist eine mittige Öffnung und einen Umfangsschlitz zur Bildung eines Fluidaustauschs zwischen der Drehmomentübertragungskammer und der aktiven Kammer auf. Die Oberflächen eines an der Antriebswelle gelagerten Rotors bilden um den Rotor angeordnete Scherflächenspalte. Ein am Gehäuse außen angeordnetes temperaturempfindliches Element verschiebt die bewegbare Trennwand in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur in Axialrichtung und verändert damit den Axialabstand zwischen der bewegbaren und der feststehenden Trennwand. Diese Bewegung führt dazu, daß viskoses Fluid in die oder aus den Scherflächenspalten strömt, womit die Lüfterdrehgeschwindigkeit steuerbar ist.

Wenn die bewegbare Trennwand in Richtung der feststehenden Trennwand bewegt wird, drückt die Membran viskoses Fluid durch die mittige Öffnung der feststehenden Trennwand in die Drehmomentübertragungskammer. Das viskose Fluid strömt in die Scherflächenspalte um den Rotor. Infolgedessen ist die Kupplung in die Betriebsstellung geschaltet. Ein vom Motor erzeugtes Drehmoment wird über den Rotor auf das Gehäuse und schließlich auf den Kühllüfter übertragen, wodurch der Lüfter sich zu drehen beginnt.

Wenn andererseits die bewegbare Trennwand von der festste­ henden Trennwand wegbewegt wird, nimmt die Membran viskoses Fluid aus den Scherflächenspalten über den Umfangsschlitz der feststehenden Trennwand auf. Danach ist die Kupplung in ihre Außerbetriebsstellung geschaltet, in welcher der größte Teil des viskosen Fluids aufgrund von Zentrifugalkräften gegen den Umfang der aktiven Kammer gedrückt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Umfangs­ wand der Drehmomentübertragungskammer ein Damm befestigt, und zwar derart, daß seine Position dem Umfangsschlitz der feststehenden Trennwand entspricht. Der größte Teil des in Umfangsrichtung strömenden Fluids trifft auf den Damm und wird zum Umfangsschlitz abgelenkt. Demnach befindet sich während der Außerbetriebsstellung wenig viskoses Fluid um den Rotor. Die Drehmomentübertragung ist größtenteils ver­ mieden, und die Lüfterleerlaufgeschwindigkeit auf ein Mini­ mum verringert.

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

Fig. 1 die Fluidreibkupplung im senkrechten Schnitt in Außerbetriebsstellung und

Fig. 2 in Betriebsstellung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dargestellte tempera­ turgesteuerte Fluidreibkupplung eine Antriebswelle 1 mit einem Rotor 2, ein Gehäuse 6 zur Anordnung eines Kühllüf­ ters, eine feststehende Trennwand 7, die den Innenraum des Gehäuses 6 in eine Drehmomentübertragungskammer 9 und eine Vorratskammer 8 teilt, eine bewegbare Trennwand 30, welche die Vorratskammer 8 in eine aktive Kammer 32 und eine leere Kammer 33 teilt, eine zwischen der bewegbaren Trennwand 30 und dem Gehäuse 6 angeordnete flexible ringförmige Membran 12 und ein am Gehäuse 6 außen angeordnetes temperaturemp­ findliches Element 10 aus Bimetall auf.

Das Gehäuse 6 ist mittels eines Lagers 3 drehbar an der An­ triebswelle 1 gelagert und weist eine Abdeckung 4 sowie einen Körper 5 auf. Die feste Trennwand 7 besitzt eine mit­ tige Öffnung 35 und einen Umfangsschlitz 42 zur Bildung eines Fluidaustauschs zwischen der Drehmomentübertragungs­ kammer und der aktiven Kammer 32. Nahe dem Schlitz 42 ist ein Damm 44 an der Umfangswand der Drehmomentübertragungs­ kammer 9 befestigt.

Ein Innenrand 12a der Membran 12 ist an der bewegbaren Trennwand 30 und ein Außenumfang 12b der Membran 12 am Ge­ häuse 6 befestigt, so daß die Membran 12 den viskosen Fluidstrom am Eintritt in die leere Kammer 33 hindert.

Zwischen dem Bimetall 10 und der bewegbaren Trennwand 30 ist ein Betätigungsstift 11 angeordnet, der eine in der Ab­ deckung 4 angeordnete Öffnung 15 durchsetzt, um eine Ver­ formung des Bimetalls 10 zur bewegbaren Trennwand 30 zu übertragen.

Am Gehäuse 6 ist mittels einer Vielzahl von in Gewindeboh­ rungen 40 eingeführter Bolzen ein Kühllüfter befestigt.

Eine Rückseite 2a des Rotors 2 bildet einen zwischen der Rückseite 2a und einer Innenwand 5a des Gehäuses 6 angeord­ neten ersten Scherflächenspalt 16. Eine Vorderseite 2b des Rotors 2 bildet einen zweiten Scherflächenspalt 17, der zwischen einer Seite 7a der feststehenden Trennwand 7 und der Vorderseite 2b angeordnet ist.

Nahe beim Umfang der bewegbaren Trennwand 30 sind drei Hohlräume 39 in gleichen Umfangsabständen zur Aufnahme von Schraubenfedern 38 angeordnet. Diese Schraubenfedern 38 dienen dazu, die bewegbare Trennwand 30 in eine von der feststehenden Trennwand 7 weggerichtete Richtung zu drüc­ ken, d. h. gemäß Fig. 1 nach links.

Wie vorstehend dargelegt, bewegt das Bimetall 10 die beweg­ bare Trennwand in Abhängigkeit von einer Änderung der Umge­ bungstemperatur in Axialrichtung. Diese Bewegung verändert den Axialabstand zwischen der bewegbaren Trennwand 30 und der feststehenden Trennwand 7. Dadurch ist die Lüfterdreh­ geschwindigkeit steuerbar.

Bei niedriger Umgebungstemperatur ist das Bimetall 10 wie in Fig. 1 gezeigt gebogen. Die bewegbare Trennwand 30 ist durch die Schraubenfedern 38 von der feststehenden Trennwand 7 weggedrückt, so daß eine große aktive Kammer 32 ge­ bildet ist. Aufgrund von Zentrifugalkräften wird das vis­ kose Fluid gegen den Umfang der Drehmomentübertragungskam­ mer 9 gedrückt. Das viskose Fluid wird vom Damm 44 aus der Kammer 9 über den Schlitz 42 in die aktive Kammer 32 ver­ drängt. Die Membran 12 nimmt viskoses Fluid aus der Kammer 9 auf. Infolgedessen bildet sich in der Membran 12 ein Ausgleichssegment 12c. Dadurch befindet sich nur wenig vis­ koses Fluid um den Rotor 2. Die Drehmomentübertragung ist beträchtlich verringert und die Lüfterleerlaufgeschwindig­ keit auf ein Minimum reduziert.

Wenn die Umgebungstemperatur auf einen vorbestimmten Wert steigt, wird das Bimetall 10 flach, wie in Fig. 2 gezeigt. Die bewegbare Trennwand 30 bewegt sich gegen die Vorspann­ kraft der Schraubenfedern 38 in Richtung der feststehenden Trennwand 7, so daß die aktive Kammer 32 kleiner wird. Vis­ koses Fluid wird aus dem Ausgleichssegment 12c herausge­ drückt und fließt über die mittige Öffnung 35 in die Scher­ flächenspalte 16, 17. Damit nimmt die Drehmomentübertragung zu und die Lüfterdrehgeschwindigkeit steigt.

Obwohl vorstehend als temperaturempfindliches Element ein Bimetall beschrieben wurde, ist es auch möglich, ein an­ deres temperaturempfindliches Material zu verwenden, wie beispielsweise Thermowachs.

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 drehbar an der Antriebswelle (1) gelagert ist und den Kühllüfter trägt sowie einen Körper (5) und eine Abdeckung (4) aufweist,
• - eine feststehende Trennwand (7), die den Gehäuseinnen­ raum in eine Drehmomentübertragungskammer (9) und eine Vorratskammer (8) teilt,
• - eine bewegbare Trennwand (30), welche die Vorratskammer (8) in eine aktive Kammer (32) und eine leere Kammer (33) teilt,
• - eine flexible ringförmige Membran (12), die mit einem Innenrand an der bewegbaren Trennwand (30) und mit einem Umfang am Gehäuse (6) befestigt ist,
• - ein am Gehäuse (6) außen angeordnetes temperaturempfind­ liches Element (10),
• - einen zwischen dem temperaturempfindlichen Element (10) und der bewegbaren Trennwand (30) angeordneten Betäti­ gungsstift (11),
• - eine an der feststehenden Trennwand (7) vorgesehene mit­ tige Öffnung (35) sowie einen an deren Umfang angeord­ neten Schlitz (42) zur Bildung eines Fluidaustauschs zwischen der Drehmomentübertragungskammer (9) und der aktiven Kammer (32),
• - eine am Rotor (2) angeordnete Rückseite (2a), die zwischen sich und einer Gehäuseinnenwand (5a) einen erste Scherflächenspalt (16) bildet,
• - eine am Rotor (2) angeordnete Vorderseite (2b), die zwischen sich und einer Seite (7a) der feststehenden Trennwand (7) einen zweiten Scherflächenspalt (17) bildet,
• - wobei das temperaturempfindliche Element (10) die bewegbare Trennwand (30) in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur in Axialrichtung bewegt und damit den Axialabstand zwischen der bewegbaren und der feststehenden Trennwand ändert.

2. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an der bewegbaren Trennwand (30) angeordnete Schraubenfeder (38), welche die bewegbare Trennwand (30) in eine von der feststehenden Trennwand (7) weggerichtete Richtung drückt.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Damm (44) an einer Umfangswand der Drehmomentüber­ tragungskammer (9) befestigt ist derart, daß seine Position dem Umfangsschlitz (42) der feststehenden Trennwand (7) entspricht.