JP2641429B2 - 流体摩擦カツプリング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関によって駆動されるロータと、こ
れを包囲したケーシングと、これら両構成部材間に配置
された剪断面とを備え、かつ剪断流体を充填された流体
摩擦カップリングであって、上記ケーシングがファン翼
を備えており、上記剪断面が上記ロータおよび上記ケー
シングに設けられた環状のリブと環状のみぞによって形
成されており、横断面でみて軸方向に該リブが先細にな
り、かつ該みぞが拡大しており、上記ロータのリブおよ
びみぞと上記ケーシングのリブおよびみぞとが半径方向
に半ピッチずらされていて、リブ剪断間隙の形成下に他
方の部材のみぞ内へ軸方向に突入しており、剪断流体が
温度に依存して剪断間隙内へ供給され、かつポンプ装置
を介して剪断間隙の半径方向外側の領域へ送出されるよ
うになっている形式のものに関する。

従来の技術 西ドイツ国特許出願公開第2803975号明細書から内燃
機関用の冷却空気ファンが知られている。該冷却空気フ
ァンの流体摩擦カップリングないしはビスカスカップリ
ングは送風翼を保持したケーシングと、ケーシングの作
業室内に配置された、内燃機関によって駆動されるロー
タないしは回転体とを備えている。ケーシングとロータ
とは互いに相対的に回転可能であり、かつ剪断間隙を形
成しており、この剪断間隙が特性の剪断流体で充填され
ているときにこの剪断間隙を介してトルクがロータから
ケーシングへ、したがって送風翼へと伝達される。ロー
タの外周範囲にはポンプ装置が設けられており、ポンプ
装置はロータとケーシングとの相対回転時に剪断流体を
作業室から同様にケーシングによって形成された貯蔵室
内に圧送する。温度によって制御される弁装置が剪断流
体の貯蔵室から作業室内への還流を制御する。

公知の流体摩擦カップリングの剪断間隙はトルクを伝
達する面を拡大するためにメアンデル状を有し、かつ同
心的に内外に配置された、ロータとケーシングの環状の
リブによって構成されている。リブは円筒状の周面を有
していて、それぞれ軸線方向に他方の部材のリブ間に突
入している。このようにして寸法が比較的小さいにもか
かわらず比較的大きなトルクを伝達することができる。
ももちろんトルクが伝達されるときには摩擦熱が発生
し、この摩擦熱は公知の流体摩擦カップリングではすべ
ての運転状況において迅速かつ充分に排出し得るとは限
らず、そのために剪断間隙内にある剪断流体が著しく加
熱される。これは伝達可能な最大トルクの明らかな低下
と剪断流体の熱的な過負荷とをもたらし、この熱的な過
負荷は剪断流体の寿命を著しく短縮する。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、比較的小さな寸法で比較的大きなト
ルクを伝達することができ、しかも剪断間隙内で発生し
た熱を良好に排出し得る流体摩擦カップリングを見い出
すことであり、この流体摩擦カップリングはこれらの特
性を有しているにもかかわらず容易に製作可能でなけれ
ばならない。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に
記載の形式の流体摩擦カップリングにおいて、横断面で
みて上記リブないしは上記みぞの側面が成す角度が20〜
40゜であり、かつみぞ底が剪断間隙の幅に相当する曲率
半径によって形成されていることである。

発明の効果 本発明の構成によって、リブの材料横断面がリブ底へ
向かって広くなっており、そのようにして熱を伝達する
材料横断面を拡大することが達成される。また剪断流体
のロータないしはケーシングに沿った半径方向の循環は
上記の公知の流体摩擦カップリングに比べて改善され
る。みぞおよびリブの円錐状の構成によって剪断間隙が
剪断流体に対して及ぼす流動抵抗は低下せしめられる。
その他にリブおよびみぞの環状の側面が円錐状に構成さ
れたことによって流体摩擦カップリングの温度制御装置
が状態変化にきわめて迅速に対応することが達成され
る。

実施態様 リブないしはみぞの環状の側面が成す角度が約30゜で
あると有利である。その際環状側面の母線が軸線方向に
対して対称的に傾斜していると有利である。

製作を簡単にするためには、各リブは回転軸線に対し
て垂直方向に延びる平らな端面で終わっていると有利で
ある。各リブの端面と、これに対置された軸線方向で向
き合うみぞのみぞ底との間の軸線方向の距離がリブとこ
れに対置されたみぞの互いに向き合う環状側面間の剪断
間隙の幅よりも大きく選択すると有利である。端面とみ
ぞ底間の軸線方向の距離が剪断間隙の幅の1.2〜1.4倍で
あると有利である。この有利な寸法によって流体摩擦カ
ップリングの温度変化に対するきわめて高い応答感度が
得られる。

実施例 第１図に示されたファンカップリングは後壁３と前壁
５とを有するケーシング１を備えている。隔壁７がケー
シング１によって形成された中空間を粘性流体のための
貯蔵室９と作業室11とに分割している。ケーシング１は
後壁３でもって回転軸線14を中心にして回転可能に内燃
機関（図示せず）によって駆動される駆動軸15にころが
り軸受13を介して支承されている。駆動軸15は作業室11
内においてほぼ円板状の、回転軸線14に対して直角の方
向に延びるロータ17を保持している。ロータ17はこれと
向き合った後壁３と一緒に剪断間隙19を構成しており、
剪断間隙19は半径方向に回転軸線14へ向かってほぼメア
ンデル状の横断面形状を有している。剪断間隙19が貯蔵
室９からの剪断ないしは粘性流体で充填されたときに、
駆動軸15の駆動トルクは後壁３と例えば一体に結合され
た送風翼21に伝達される。

ファンカップリングは温度に関連して接続切断され
る。そのためには隔壁７内のほぼ剪断間隙19の半径方向
でみて内側の端部の範囲内に弁装置の１部材としての弁
レバー23によって制御可能な、弁装置の１部材としての
弁開口25が形成されており、開放状態のこの弁開口25を
通って粘性流体は貯蔵室９から作業室11内へ流入するこ
とができる。弁レバー23はケーシングの前壁５の外面上
で保持部材27内に保持された弁装置の１部材としてのバ
イメタル部材29によって前壁５内をシールされて軸線方
向に移動可能に案内されるピン31を介して制御される。
粘性流体を作業室11から貯蔵室９内へ還流するためには
隔壁７の外周の範囲に開口33が設けられており、開口33
はロータ17とケーシング１の相対回転数に作用するポン
プ装置35と通常の形式で協働する。

冷時にはバイメタル部材29は弁レバー23を介して弁開
口25を閉鎖しており、かつポンプ装置35は作業室11と剪
断間隙19内に含有されている粘性流体を貯蔵室９内へ圧
送する。したがって冷却空気ファンは切断される。運転
で暖たまった状態においてバイメタル部材29は弁開口25
を開放し、これにより粘性流体は作業室11内に流入し
て、ポンプ装置35のポンプ作用にもかかわらず剪断間隙
19を満たすことができ、トルクは伝達される。したがっ
てファンカップリングは接続される。

第２図には剪断間隙19の詳細が示されている。ロータ
17は後壁３に隣接する面に同心的に内外に配置された円
環状のリブ37が設けられており、リブ37は自体相互間に
円環状のみぞ39を構成している。同様にして後壁３はロ
ータ17に向き合う面に同心的に内外に位置するリブ41を
有しており、リブ41は円環状のみぞ43によって互いに分
離されている。リブ41の半径方向の相互間隔Ｔはどのリ
ブにおいても等しく、かつリブ37の半径方向の相互間隔
Ｔとも等しい。リブ37ないしは41はそれぞれ半径方向で
向き合うみぞ43ないしは39に係合しており、その場合に
リブ37と41は軸線方向で互いに重なっており、幅Ｓの剪
断間隙19を構成している。

リブ37およびリブ41は円錐状に互いに延びる環状の側
面45を有しており、この環状側面の母線はそれぞれ符号
47で示された軸平行な仮想線に対して等しい角度αを有
している。

各みぞ39ないしは43のみぞ底49は軸を含む縦断面図で
みて円形を有しており、その曲率半径Ｒは剪断間隙19の
幅Ｓとほぼ等しい値に選択されている。各みぞ底49に軸
線方向で向き合ったリブ37ないしは41の端部は平らにさ
れて回転軸線に対しての垂直の方向に延びる平らな、円
環状の端面51を有しており、そのために各端面51と、こ
れに軸線方向で向き合ったみぞ底49との間の軸線方向の
距離ａは剪断間隙19の幅Ｓのほぼ1.2〜1.4倍に等しい。
したがってリブ37,41はロータ17ないしはケーシングの
後壁３の軸を含む縦断面図でみて高さｈの台形の形状を
漏っており、この台形は凹面状に湾曲せしめられた脚部
範囲に移行している。

本発明によるロータ17とケーシング１の形状は容易に
製作することができ、かつ特に端面51のために、カップ
リングの製作・組立て中に破損し易いような、縁の鋭い
外郭を持たない。更に側面が形成する角度αを約30゜に
選択した場合にリブ37,41においてきわめて良好な排熱
が得られ、そのために粘性流体の温度上昇はトルク伝達
の間最小に制限される。選択されたこの側面の角度αは
120゜の比較的小さな方向偏向角度βを与え、これによ
って剪断間隙19内の粘性流体の流動状態は改善される。
粘性流体は比較的小さな方向変換角度に基づき僅かな流
動抵抗で矢印Ｆによって示される方向に剪断間隙19の半
径方向でみて内側範囲から外側範囲へ流れることができ
る。流動抵抗の低下は断続切換え時のカップリングの応
答時間を上述の流体摩擦カップリングはロータ17と後壁
３との間に単に17のメアンデル状の剪断間隙を有してい
るにすぎない。剪断間隙をロータ17と隔壁７との間に設
けられることができ、場合によりロータ17の両側に設け
ることができることは自明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の冷却空気ファンの流体摩擦カップリ
ングの軸を含む縦断面図、第２図は第１図によるカップ
リングの剪断間隙の拡大図である。 １……ケーシング、３……後壁、５……前壁、７……隔
壁、９……貯蔵室、11……作業室、13……ころがり軸
受、14……回転軸線、15……駆動軸、17……ロータ、19
……剪断間隙、21……送風翼、23……弁レバー、25……
弁開口、27……保持部材、29……バイメタル部材、31…
…ピン、33……開口、35……ポンプ装置、37,41……リ
ブ、39,43……みぞ、45……側面、49……みぞ底、51…
…端面

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関によって駆動されるロータ（17）
   と、これを包囲したケーシング（１）と、これら両構成
   部材間に配置された剪断面とを備え、かつ剪断流体を充
   填された流体摩擦カップリングであって、上記ケーシン
   グ（１）がファン翼を備えており、上記剪断面が上記ロ
   ータ（17）および上記ケーシング（１）に設けられた環
   状のリブ（37,41）と環状のみぞ（39,43）によって形成
   されており、横断面でみて軸方向に該リブ（37,41）が
   先細になり、かつ該みぞ（39,43）が拡大しており、上
   記ロータ（17）のリブ（37）およびみぞ（39）と上記ケ
   ーシング（１）のリブ（41）およびみぞ（43）とが半径
   方向に半ピッチずらされていて、リブ（37,41）が剪断
   間隙（19）の形成下に他方の部材のみぞ（43,39）内へ
   軸方向に突入しており、剪断流体が温度に依存して剪断
   間隙（19）内へ供給され、かつポンプ装置（35）を介し
   て剪断間隙（19）の半径方向でみて外側の領域へ送出さ
   れるようになっている形式のものにおいて、横断面でみ
   て上記リブ（37,41）ないしは上記みぞ（39,43）の側面
   （45）が成す角度（α）が20〜40゜であり、かつみぞ底
   （49）が剪断間隙（19）の幅（Ｓ）に相当する曲率半径
   （Ｒ）によって形成されていることを特徴とする、流体
   摩擦カップリング。
2. 【請求項２】リブ（37,41）の端面（51）とこれに対置
   したみぞ（43,39）のみぞ底（49）との間の軸方向の距
   離が剪断間隙（19）の幅（Ｓ）の1.2〜1.4倍である、特
   許請求の範囲第１項記載の流体摩擦カップリング。