DE4435490C2 - Visko-Lüfterkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Visko-Lüfterkupplung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Durch die DE 41 10 122 A1 ist eine Visko-Lüfterkupplung bekannt, die einen mit einem Antrieb verbundenen Rotor aufweist, der zur Übertragung eines Drehmomentes über Scherspalte in einem mit Viskoseflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum vorgesehen ist. Der letztgenannte ist gegenüber einem Vorratsraum für Viskoseflüssigkeit durch eine Trennwand abgeteilt, in welcher er im Umfangsbereich eine Pumpöffnung aufweist, durch welche bei Relativbewegung des Rotors gegenüber dem Gehäuse Viskoseflüssig­ keit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum förderbar ist. Radial weiter innen sind Steueröffnungen in der Trennwand vorgesehen, deren Öffnungsweite durch ein Ventile­ lement vorgebbar ist. Über diese Steueröffnungen ist ein Rücklauf von Viskoseflüssigkeit aus der Vorratskammer in die Arbeitskammer realisierbar. Weiterhin sind im radialen Erstreckungsbereich der Drehachse der Visko-Lüfterkupplung Öffnungen vorgesehen, die durch Lippen eines Ventils verschließbar sind. Die Lippen dieses Ventils sind bei einer bestimmten Druckdifferenz zwischen Vorratsraum und Arbeitsraum von den zugeordne­ ten Öffnungen abhebbar, um einen Druckausgleich herzustellen.

Bei derartigen Visko-Lüfterkupplungen besteht das Problem, daß bei Stillstand des Ge­ häuses in entsprechender Drehstellung die Pumpöffnung innerhalb des schwerkraftbe­ dingt sich in der unteren Gehäusehälfte ansammelnden Viskoseflüssigkeitssumpfes an­ geordnet ist. Dadurch entsteht das Problem, daß, obwohl in diesem Betriebszustand die Steueröffnungen durch das Ventilelement normalerweise geschlossen sind, um ein Auf­ füllen des Arbeitsraums aus dem Vorratsraum mit Viskoseflüssigkeit zu verhindern, den­ noch nicht vermeidbar ist, daß über die Pumpöffnung Viskoseflüssigkeit aus dem Vor­ ratsraum in den Arbeitsraum gedrückt wird. Dieses "Durchsickern" sollte aber vermie­ den werden, da eine im Stillstand des Gehäuses mit Viskoseflüssigkeit gefüllte Arbeits­ kammer bei einer nachfolgenden Beschleunigung des Rotors ein Beschleunigen des Ge­ häuses nahezu im Verhältnis 1 : 1 zum Rotor und damit eine vergleichsweise hohe Ge­ räuschentwicklung zur Folge hat. Diese Geräuschentwicklung, die bis zum Abpumpen von Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum anhält, ist bei Kraftfahr­ zeugen unerwünscht. Dieses Problem tritt allerdings nicht nur bei Stillstand des Gehäu­ ses auf, sondern auch bei niedriger Relativdrehzahl zwischen Rotor und Gehäuse, bei welcher der an der Pumpöffnung erzeugte Pumpdruck kleiner als der fliehkraftbedingte Druck in der Vorratskammer ist. Auch dann kann bei durch das Ventilelement geschlos­ senen Steueröffnungen Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum ge­ drückt werden.

Um diesem Problem entgegenzuwirken, ist bei der Visko-Lüfterkupplung gemäß der Offenlegungsschrift das bereits erwähnte, im radialen Mittenbereich angeordnete Ventil vorgesehen, das dazu dient, im Vorratsraum gegenüber dem Arbeitsraum einen Unter­ druck zu erzeugen, um bei stehendem Gehäuse einen wesentlichen Übertritt von Visko­ seflüssigkeit aus dem Vorratsraum durch die Pumpöffnung in den Arbeitsraum zu ver­ meiden. Hierzu ist allerdings folgendes anzumerken:

Bei sich drehendem Gehäuse soll dieses Ventil, um einen Druckausgleich zwischen Vor­ rats- und Arbeitsraum herzustellen, von den zugeordneten Öffnungen in der Trenn­ wand abhebbar sein. Da diese Druckdifferenzen normalerweise sehr gering sind, ist ver­ ständlich, daß die Lippen des Ventils ausreichend weich ausgebildet sein müssen, um trotz dieser geringen Druckdifferenz ihre Abhubbewegung realisieren zu können. Dem­ entsprechend gering wird allerdings auch bei umgekehrtem Druckgefälle die Anpreß­ kraft sein, mit welcher die Lippen gegen die zugeordneten Öffnungen gepreßt werden. Folglich ist die durch diese Lippen erzielbare Dichtwirkung gering. Es ist demnach ledig­ lich eine Verminderung der vom Vorratsraum in den Arbeitsraum strömenden Viskose­ flüssigkeit erzielbar, jedoch nicht eine völlige Eindämmung, so daß das zuvor geschilder­ te Problem zwar minderbar, aber auf keinen Fall beseitigbar ist.

Ein solches, in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz wirksames Ventil ist auch der EP 0 439 859 A1 sowie der US-PS 4 924 987 entnehmbar, allerdings jetzt bei Anord­ nung im Erstreckungsbereich der Pumpöffnung. Das zuvor geschilderte prinzipielle Pro­ blem derartiger Ventile liegt allerdings auch bei dieser Positionierung vor.

In der DE 27 18 723 A1 und der US-PS 4 380 279 ist jeweils geoffenbart, in einer Visko- Lüfterkupplung eine Trennwand zwischen Vorrats- und Arbeitsraum jeweils über eine ringförmige Umbördelung mit dem Gehäuse in Verbindung zu bringen. Eine Maßnah­ me, wie bei Stillstand des Gehäuses ein "Durchsickern" von Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum verhindert werden soll, geht aus diesen Schriften aller­ dings ebenfalls nicht hervor.

Durch die EP 0 009 959 B1 ist eine weitere Visko-Lüfterkupplung bekannt, die zwischen einem Arbeitsraum und einem Vorratsraum für Viskoseflüssigkeit eine Trennwand auf­ weist. Der Arbeits- und der Vorratsraum sind durch eine Pumpöffnung miteinander ver­ bunden, die mit einem im Vorratsraum angeordneten, bis nahezu radial innen an die Drehachse geführten Rohr zusammenwirkt, durch welches verhindert werden soll, daß bei gleichzeitig durch das Ventilelement geschlossenen Steueröffnungen Viskoseflüssig­ keit durch die Pumpöffnung gedrückt wird. Dem Vorteil der Geräuscharmut bei dieser Visko-Lüfterkupplung steht allerdings der Nachteil eines erhöhten technischen Aufwan­ des gegenüber, da das nach radial innen führende Rohr als zusätzliches Bauteil vorgese­ hen ist. Außerdem muß wegen dieses Rohres der an der Pumpöffnung vom Rotor er­ zeugte Druck zur Förderung von Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorrats­ raum höher als üblich sein, da die Pumpöffnung die Viskoseflüssigkeit bis nahezu an die Drehachse der Visko-Lüfterkupplung fördern muß.

Was das Ventilelement betrifft, durch welches die Öffnungsweite der zumindest einen Steueröffnung in der Trennwand zwischen Arbeits- und Vorratskammer einer Visko- Lüfterkupplung vorgebbar ist, ist aus der DE 38 06 628 A1, Fig. 1 bekannt, einen Stift, der zur Auslenkung einer am Ventilelement vorgesehenen Dichtfeder für die Steueröff­ nung dient und welche die dem Vorratsraum zugewandte Seite des Gehäuses der Visko- Lüfterkupplung durchdringt, an seiner von der Vorratskammer abgewandten Seite mit einer Abdichtung zu versehen. Ebenfalls eine Abdichtung eines solchen Stiftes zeigt die DE 30 09 665 C2 in Fig. 1, die US-PS 4 086 987 in Fig. 2 und die DE 40 36 242 A1, ebenfalls in Fig. 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Visko-Lüfterkupplung so auszubilden, daß durch diese ohne technischen Mehraufwand eine geräuschvolle Beschleunigung des Gehäuses nach einem Betriebsvorgang, bei welchem das Gehäuse mit zumindest reduzierter Relativdrehzahl gegenüber dem Rotor umgelaufen ist, verhinderbar ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst. Durch die Maßnahme, in der Trennwand ausschließlich die Steueröffnung als Verbindung zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum auszubilden und die Trennwand in deren Verbindungsbereich mit dem Gehäuse der Visko- Lüfterkupplung druckdicht an dem letztgenannten zu befestigen, wird sichergestellt, daß, sofern das Ventilelement seine Schließstellung einnimmt, eine druckdichte Abtren­ nung des Vorratsraums vom Arbeitsraum gewährleistet ist. Hierdurch entsteht folgende Situation:

Bei geringer Relativdrehzahl zwischen dem Rotor und dem die Pumpöffnung aufwei­ senden Gehäuse ist der durch die Pumpwirkung erzeugte Druck geringer als der Druck, der sich infolge der ringförmigen Anlagerung der Viskoseflüssigkeit unter Fliehkraftwir­ kung an der dem Vorratsraum zugewandten Seite der Pumpöffnungen ausbildet. Eben­ so kann bei Stillstand der Lüfterkupplung Viskoseflüssigkeit von der Vorratskammer, in welcher der statische Druck wegen stärkerer Befüllung als bei der Arbeitskammer höher als in derselben ist, über die Pumpöffnung, sofern diese sich im Viskoseflüssigkeitssumpf befindet, in die Arbeitskammer gedrückt werden. Die Folge hiervon ist jeweils, daß Vis­ koseflüssigkeit aus dem Vorratsraum über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum ein­ dringen kann. Wegen des hierdurch im Vorratsraum auftretenden Flüssigkeitsverlustes entsteht aufgrund dessen druckdichter Trennung zum Arbeitsraum einerseits sowie zu seiner Umgebung andererseits bei geschlossenem Ventilelement ein Unterdruck im Vor­ ratsraum, der umso stärker anwächst, je mehr Viskoseflüssigkeit über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum eingedrungen ist. Schon nach geringem Verlust an Viskoseflüssigkeit im Vorratsraum ist dieser Unterdruck ausreichend groß, um einen weiteren Übertritt der Viskoseflüssigkeit aufgrund seiner Saugwirkung zu unterbinden. Es ist dadurch sicherge­ stellt, daß der Arbeitsraum sowohl im Stillstand als auch bei nur geringer Relativdrehzahl von Rotor und Gehäuse sich nicht in unerwünschter Weise füllen kann. Dadurch wird die Drehzahl des Gehäuses und damit eines auf diesem angeordneten Lüfterrades in Betriebszuständen einer Verbrennungsmaschine, in welchen wenig Wärme erzeugt wird, nur mit gegenüber dem Rotor erheblich reduzierter Drehzahl umlaufen, so daß eine unerwünschte starke Kühlwirkung ausgeschlossen wird. Des weiteren wird bei ei­ nem plötzlichen Hochbeschleunigen des Rotors nach der besagten vorangegangenen Betriebsphase ein geräuschvolles Hochbeschleunigen des Gehäuses vermieden. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist demnach sowohl das thermische Verhalten der Visko-Lüfterkupplung optimiert und deren Geräuschentwicklung bei plötzlicher Dreh­ zahlerhöhung am zugeordneten Antrieb soweit minimierbar, daß diese nicht störend in Erscheinung tritt.

Bei höherem Kühlungsbedarf nach länger andauernden höheren Drehzahlen des An­ triebs wird das Ventilelement in bekannter Weise so angetrieben, daß es die Steueröff­ nung in der Trennwand freigibt, wodurch der Unterdruck im Vorratsraum aufgehoben wird und Viskoseflüssigkeit über die Steueröffnung in den Arbeitsraum einströmen kann, wo sie in den Scherspalten für einen Antrieb des Gehäuses mit höherer Drehzahl als bislang benötigt wird. Gleichzeitig ist bei diesen höheren Drehzahlen die Pumpwir­ kung des Rotors aktiviert, so daß überschüssige Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum über die Pumpöffnung in den Vorratsraum zurückgepumpt werden kann.

In den Ansprüchen 2 und 3 sind Maßnahmen angegeben, durch welche sichergestellt ist, daß der Vorratsraum nicht nur gegenüber dem Arbeitsraum, sondern auch gegen­ über seiner übrigen Umgebung druckdicht isoliert ist.

Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Lüfterkupplung mit einer Trennwand zwischen dem Arbeitsraum und dem Vorratsraum.

Die dargestellte Visko-Lüfterkupplung ist mit ihrem Gehäuse 1 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 2 drehbar auf einer Antriebswelle 3 gelagert, die von einem nicht gezeigten An­ trieb, vorzugsweise einer Verbrennungsmaschine angetrieben wird. Fest mit dem Gehäuse 1 sind in nicht gezeigter Weise Lüfterflügel ausgeführt. Zusammen mit der Gehäusevorderwand 4 wird durch das Gehäuse 1 ein Raum umschlossen, der durch eine Trennwand 6 in einen Arbeitsraum 7 und einen Vorratsraum $ unterteilt ist. Der Arbeitsraum 7 wird durch das Gehäuse 1 und die Trennwand 6 definiert und der Vorratsraum 7 durch die Ge­ häusevorderwand 4 und die Trennwand 6. Ein auf der Antriebs­ welle 3 befestigter Rotor 9 erstreckt sich in den Arbeits­ raum 7 und bildet, in Achsrichtung gesehen, zu beiden Seiten in Verbindung mit der jeweils zugeordneten Seite des Gehäu­ ses Scherspalte 19 aus.

Die Trennwand 6 weist zumindest eine Steueröffnung 10 auf, die durch einen an der Trennwand 6 befestigten Ventilhebel 12, der in Öffnungsrichtung eine Vorspannung besitzt, verschließbar ist, indem ein in der Gehäusevorderwand 4 axial verschiebbbar gelagerter Stift 13 den Ventilhebel 12 gegen die Trennwand 6 drückt. Der Stift 13 kommt anderenends an einer Madenschrau­ be 14 zur Anlage, die mit einer Bimetallfeder 15 in Gewinde­ verbindung steht. Die Bimetallfeder 15 verformt sich in Ab­ hängigkeit vom Temperaturzustand der Verbrennungsmaschine in Richtung zum Ventilhebel 12 oder in von diesem fortweisender Richtung, so daß letztendlich durch diese Bimetallfeder 15 über den Stift 13 die Stellung des Ventilhebels 12 und damit die Öffnungsweite der Steueröffnung 10 bestimmt wird. Im Be­ reich zwischen der Gehäusevorderwand 4 und der Bimetallfe­ der 15 ist der Stift 13 in eine Dichtung 17 geführt, die ei­ nerseits einen Austritt von Viskoseflüssigkeit aus dem Vor­ ratsraum 8 verhindert und andererseits den letztgenannten ge­ genüber der Außenseite des Gehäuses 1 abdichtet. Durch den Ventilhebel 12, den Stift 13, die Madenschraube 14 und die Bimetallfeder 15 wird ein Ventilelement 18 zur Steuerung des Volumenstromes an Viskoseflüssigkeit zwischen dem Vorrats­ raum 8 und dem Arbeitsraum 7 gebildet.

Die Trennwand 6 ist scheibenförmig ausgebildet und im Um­ fangsbereich durch Verrollen fest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Durch die Verrollung entsteht zwischen dem Vorratsraum 8 und dem Arbeitsraum 7 eine Abdichtung, so daß diese beiden Räume in Verschlußstellung des Ventilhebels 12, das heißt, sobald dieser die Steueröffnung 10 der Trennwand, die keine weiteren Öffnungen aufweist, verschlossen hat, druckdicht voneinander isoliert sind. Hierdurch wird folgendes erreicht:

Im Stillstand der Lüfterkupplung, beispielsweise bei abge­ schaltetem Antrieb oder, bei niedriger Drehzahl des Rotors und damit des Gehäuses 1, herrscht im Vorratsraum 8 wegen dessen gegenüber dem Arbeitsraum 7 stärkeren Befüllung im Bereich einer Pumpöffnung 20, auf die noch ausführlich eingegangen wird, ein höherer Druck als im Arbeitsraum. Dieser Druck wirkt in einer nach radial außen führenden, durch eine Kugel 21 ra­ dial außen verschlossenen Bohrung 19 im Gehäuse 1, und damit im Bereich der Pumpöffnung 20, die im radial äußeren Bereich des Rotors 9 angeordnet ist und den Arbeitsraum 7 über die Bohrung 19 mit dem Vorratsraum 8 verbindet. Dieser Druck ist bei langsamer Drehung des Gehäuses 1 größer als ein Pumpdruck, der aufgrund einer langsamen Drehung des Rotors 9 im Arbeits­ raum 7 im Bereich der Scherspalte erzeugt wird. Hierdurch be­ dingt, kann im bislang beschriebenen Betriebszustand der An­ triebswelle 3 und damit des Gehäuses 1 in der Bohrung 19 sowie im Vorratsraum 8 angesammelte Viskoseflüssigkeit über die Pumpöffnung 20 in den Arbeitsraum 7 gedrückt werden. Aufgrund der druckdichten Ausbildung des Vorratsraumes 8 hat ein der­ artiger Verlust an Viskoseflüssigkeit allerdings die Folge, daß sich in dem von Viskoseflüssigkeit freien Teil des Vor­ ratsraumes 8 ein Unterdruck ausbildet, der mit zunehmendem Verlust an Viskoseflüssigkeit weiter ansteigt und, bereits nach Übertritt eines nur sehr geringen Volumenstroms aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeitsraum 7 eine so starke Sogwirkung erreicht hat, daß sich im Bereich der Pumpöffnung 20 ein Druckgleichgewicht einstellt. Ein weiterer Übertritt von Vis­ koseflüssigkeit aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeitsraum 7 wird dadurch unterbunden. Durch diese Maßnahme wird sicherge­ stellt, daß sich in einem derartigen Betriebszustand der Lüf­ terkupplung, in welchem, wie der an der Trennwand 6 in Schließstellung anliegende Ventilhebel 12 zeigt, nur ein ge­ ringer Kühlungsbedarf für den Antrieb benötigt wird, die Scherspalte des Arbeitsraums 7 sich mit Viskoseflüssigkeit nur teilweise füllen können und dadurch bewirken, daß eine Drehung der Antriebswelle 3 und damit des Rotors 9 nur mit viel Schlupf auf das Gehäuse 1 und damit ein mit demselben verbun­ denes Lüfterrad geleitet werden, was eine nur begrenzte Kühl­ wirkung zur Folge hat. Dadurch ist einerseits die durch die Visko-Lüfterkupplung erbrachte Kühlleistung optimal an den tatsächlichen Bedarf angepaßt, und andererseits wird folgendes verhindert:

Bei einem zügigen Beschleunigen der Antriebswelle 3 und damit des Rotors 9 nach der zuvor beschriebenen Betriebsphase der Lüfterkupplung, beispielsweise nach einem Stillstand des Fahrzeugs an einer Ampel bei laufendem Motor, wird die nun ansteigende Drehzahl des Rotors 9 wegen der nur teilweise ge­ füllten Scherspalte des Arbeitsraumes 7 nur mit viel Schlupf und daher relativ träge in eine Drehbewegung des Gehäuses um­ gesetzt. Dadurch ist auch in einer solchen Betriebsphase der Lüfterkupplung deren Geräuschentwicklung begrenzbar.

Bei länger andauerendem Antrieb des Rotors 9 mit hoher Dreh­ zahl und damit ansteigender Temperatur am Antrieb wird der Bedarf an Kühlwirkung durch die Lüfterkupplung ebenfalls zu­ nehmen. Ein Verformen der Bimeltallfeder 15 in von der Trenn­ wand 6 fortweisender Richtung bewirkt, daß der Stift 13 auf­ grund der Vorspannung des Ventilhebels 12 der Bewegung der Bimetallfeder 15 nachgeführt wird, so daß der Ventilhebel 12 von der Trennwand 6 abhebt und die Steueröffnung 10 zumindest teilweise freigibt. Daraufhin kommt es zu einem Überströmen von Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeits­ raum 7, wo sich die Scherspalte 19 füllen, so daß das Gehäu­ se 1 mit nur geringem Schlupf gegenüber dem Rotor 9 antreibbar ist. Über die Pumpöffnung 20 kann nun Viskoseflüssigkeit vom Arbeitsraum 7 in den Vorratsraum 8 zurückgepumpt werden. Über die Öffnungsweite der Steueröffnung 10 durch den Ventilhe­ bel 12 und die Wirkung der Pumpöffnung 20 ist demnach ein Vo­ lumenstrom zwischen Arbeits- und Vorratsraum einstellbar, wie er dem jeweiligen Kühlungsbedarf des Antriebs angepaßt ist.

Claims (3)

1. Visko-Lüfterkupplung, umfassend einen mit einem Antrieb verbundenen Rotor, der zur Übertragung eines Drehmomentes über Scherspalte in einem mit Viskoseflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum vorgesehen ist, einen gegenüber dem letztgenannten durch eine Trennwand abgeteilten Vorratsraum für Viskoseflüssigkeit, der über eine Pumpöffnung mit dem Arbeitsraum verbindbar ist, und ein Ventilelement zur Vorgabe der Öffnungsweite von zumindest einer in der Trennwand ausgebildeten Steueröffnung, so daß bei Verschluß derselben durch das Ventilelement infolge eines Rücklaufs an Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum ein Unterdruck im Vorratsraum erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (6) in ihrem Kontaktbereich mit dem Gehäuse (1) durch Verrollen der beiden Teile (1, 6) druckdicht mit dem Gehäuse (1) verbunden und, außer mit der Pumpöffnung (20), ausschließlich mit der Steueröffnung (10) als Verbindung zwischen Vorratsraum (8) und Arbeitsraum (7) ausgebildet ist, so daß der durch Verschluß der Steueröffnung (10) infolge des Rücklaufs der Viskoseflüssigkeit bewirkte Unterdruck im Vorratsraum (8) soweit steigerbar ist, daß ein Versiegen des Rücklaufs herbeiführbar ist.

2. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1 mit einem Steuermittel für einen Ventilhebel des Ventilelementes, welches die Gehäusevorderwand durchgreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum (8) durch eine das Steuermittel (16) zum Gehäuse (1) isolierende Dichtung (17) gegenüber der Außenseite des Gehäuses (1) druckdicht ist.

3. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 2, mit einem Steuermittel, das einen durch die Gehäusevorderwand in den Vorratsraum bis an den Ventilhebel ragenden Stift aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) an der Gehäusevorderwand (4) vorgesehen ist und den Stift (13), an diesem in Anlage kommend, umschließt.