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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibkupplung, insbesondere für einen Kraftfahrzeuglüfter, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einer Flüssigkeitsreibkupplung für einen Kraftfahrzeuglüfter werden an einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Welle eine Primärscheibe fest und der Kraftfahrzeuglüfter drehbar festgelegt. Das Drehmoment wird dabei von der Primärscheibe an den Kraftfahrzeuglüfter über das viskose Fluid - meistens Öl - übertragen. Dabei wird das viskose Fluid über einen Zulaufpfad aus einer Vorratskammer in einen Kopplungsbereich zwischen der Primärscheibe und dem Kraftfahrzeuglüfter gefördert, so dass die Primärscheibe und der Kraftfahrzeuglüfter über das viskose Fluid reibgekoppelt sind. Soll der Kraftfahrzeuglüfter von der Primärscheibe entkoppelt werden, so wird das Fluid über einen Ablaufpfad aus dem Kopplungsbereich in die Vorratskammer zurückgefördert. Die Welle ist dabei mechanisch von der Brennkraftmaschine angetrieben und vorzugsweise direkt mit der Kurbelwelle antriebsverbunden. Alternativ kann die Welle über einen Riementrieb angetrieben werden. Eine derartige Flüssigkeitsreibkupplung - auch Viskokupplung genannt - ist beispielweise aus
EP 1 391 624 A1 bekannt. Hier ist eine Vorratskammer in der Primärscheibe vorgesehen, die ein schnelles Ausbringen des viskosen Fluids aus der Vorratskammer in den Kopplungsbereich ermöglicht. In der
DE 10 2007 019 088 A1 sind speziellen Ausgestaltungen der Vorratskammer beschrieben.
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Die gattungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplungen für Kraftfahrzeuglüfter erfüllen die anwendungsspezifischen Anforderungen durchaus zufriedenstellend. Aktuelle Entwicklungen haben jedoch zu leistungsfähigen Kraftfahrzeuglüfter geführt und die Zuschaltzeit der Kraftfahrzeuglüfter ist dadurch erheblich reduziert. Üblicherweise ist der Kraftfahrzeuglüfter zu mehr als 90% der Betriebszeit des Fahrzeuges abgeschaltet. Nachteiligerweise entstehen auch bei dem abgeschalteten Kraftfahrzeuglüfter Schleppverluste in der Flüssigkeitsreibkupplung. Diese sind auf eine Lagerreibung und eine Flüssigkeitsreibung aufgrund des nicht vollständig entleerten Kopplungsbereichs zurückzuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Flüssigkeitsreibkupplung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere sollen die Schleppverluste in der Flüssigkeitsreibkupplung reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine Flüssigkeitsreibkupplung ist insbesondere für einen Kraftfahrzeuglüfter vorgesehen und weist eine drehbar gelagerte Welle, eine auf der Welle drehfest festgelegte Antriebsscheibe und einen auf der Welle drehbar festgelegten Abtriebskörper auf. Die Antriebsscheibe weist einen sich radial erstreckenden ringförmigen Übertragungsbereich zur Aufnahme eines viskosen Fluids auf, über den die Antriebsscheibe mit dem Abtriebskörper zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist. Die Antriebsscheibe weist ferner einen ringsegmentförmigen Vorratsraum zur Aufnahme des viskosen Fluids auf. Der Übertragungsbereich ist mit dem Vorratsraum über einen Zulaufpfad und über einen in der Antriebsscheibe ausgebildeten Ablaufpfad fluidisch verbunden. Der Ablaufpfad umfasst dabei einen an dem Übertragungsbereich radial außenliegenden Staukörper und eine radiale von dem Staukörper zu dem Vorratsraum führende Ablaufbohrung. Erfindungsgemäß ist in dem Ablaufpfad ein Rückschlagventil angeordnet, das ein Rückströmen des viskosen Fluids in dem Ablaufpfad verhindert.
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Der Staukörper ist an dem Übertragungsbereich radial außenliegend angeordnet, so dass das viskose Fluid beim Rotieren der Antriebsscheibe in dem Staukörper gesammelt wird. In dem Staukörper entsteht ein Staudruck, der das viskose Fluid entgegen der auf das viskose Fluid wirkenden Zentrifugalkraft aus dem Staukörper zu dem Vorratsraum über den Ablaufpfad fördert. Das Rückschlagventil in dem Ablaufpfad verhindert dabei das Rückströmen des viskosen Fluids zu dem Staukörper bei einem reduzierten Staudruck, so dass das viskose Fluid in dem Ablaufpfad ausschließlich zu dem Vorratsraum strömt. Das viskose Fluid kann dadurch nahe vollständig aus dem Übertragungsbereich in den Vorratsraum gefördert werden. Vorteilhafterweise können die Antriebsscheibe von dem Antriebskörper auf diese Weise entkoppelt und ein von der Antriebsscheibe auf den Abtriebskörper übertragene Schleppdrehmoment reduziert werden. Die Flüssigkeitsreibkupplung ist für den Kraftfahrzeuglüfter vorgesehen, der durch den Abtriebskörper vollständig oder bereichsweise gebildet sein kann.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil in der Ablaufbohrung angeordnet ist. Dabei kann das Rückschlagventil geöffnet sein, wenn ein Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper einen Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung übersteigt. Entsprechend kann das Rückschlagventil geschlossen sein, wenn ein Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung einen Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper übersteigt. So ist das Rückschlagventil geöffnet, wenn der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper höher als der Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablauföffnung ist. Das viskose Fluid strömt dann von dem Staukörper zu dem Vorratsraum. Wenn eine geringe Menge des viskosen Fluids in dem Staukörper bleibt und dadurch der Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablauföffnung den Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper übersteigt, ist das Rückschlagventil geschlossen. Das viskose Fluid kann folglich nicht zurück zu dem Staukörper und dadurch zu dem Übertragungsbereich strömen. Das viskose Fluid ist in dem Übertragungsbereich nicht gleichmäßig verteilt, so dass auch der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper fluktuieren kann. Jede zufällige Erhöhung des Staudrucks des viskosen Fluids in dem Staukörper führt dabei zum kurzzeitigen Öffnen des Rückschlagventils. Dadurch wird das viskose Fluid aus dem Staukörper und dem Übertragungsbereich auch nach einem teilweisen Entleeren des Übertragungsbereichs weiter gefördert, ohne dass ein Rückströmen des viskosen Fluids stattfinden kann. Schwankungen in der Verteilung des viskosen Fluids und dadurch des Staudrucks des viskosen Fluids in dem Staukörper ergeben sich prinzipbedingt bei einer Änderungen einer Primärdrehzahl der Antriebsscheibe, so dass jede Änderung der Primärdrehzahl ein weiteres Abströmen des viskosen Fluids aus dem Übertragungsbereich fordert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Rückschlagventils ist vorgesehen, dass das Rückschlagventil ein Kugelsitzventil ist. Dabei ist eine Ventilkugel des Kugelsitzventils zwischen einer an den Staukörper fluidisch anschließenden Einlassöffnung der Ablaufbohrung und einer zu dem Vorratsraum führenden Auslassöffnung der Ablaufbohrung frei beweglich angeordnet. Die Ventilkugel kann bei dem geschlossenen Kugelsitzventil die Ablaufbohrung für das Durchströmen des viskosen Fluids sperren und bei dem geöffneten Kugelsitzventil die Ablaufbohrung für das Durchströmen des viskosen Fluids freigeben. Die Ventilkugel ist dabei in der Ablaufbohrung frei beweglich und dadurch der Zentrifugalkraft ausgesetzt. Ist der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper kleiner als der Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung oder sind der Staudruck und der Fliehkraftdruck des viskosen Fluids gleich, so ist die Ventilkugel durch die Zentrifugalkraft an die Einlassöffnung gedruckt und schließt diese. Übersteigt der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper den Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung, so wird die Ventilkugel entgegen der Zentrifugalkraft von der Einlassöffnung gedruckt und diese geöffnet.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass ein Ventilsitz des Kugelsitzventils an der Einlassöffnung der Ablaufbohrung festgelegt ist. Der Staukörper ist dabei bei dem geöffneten Kugelsitzventil mit der Ablaufbohrung über den Ventilsitz hindurch fluidisch verbunden und bildet bei dem geschlossenen Kugelsitzventil einen dichtenden Anschlag für die Ventilkugel. Bei dem geschlossenen Kugelsitzventil liegt somit die Ventilkugel an dem Ventilsitz an und versperrt dadurch die Einlassöffnung. In der Ablaufbohrung kann zudem ein Sperrkörper des Kugelsitzventils festgelegt sein. Der Sperrkörper bildet dabei bei dem geöffneten Kugelsitzventil einen fluidleitenden Anschlag für die Ventilkugel und ermöglich ein Abströmen des viskosen Fluids von dem Staukörper zu dem Vorratsraum. Ferner kann die Ventilkugel einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser der Ablaufbohrung aufweisen. Dadurch ist die Ventilkugel bei dem geöffneten Kugelsitzventil von dem viskosen Fluid frei umströmbar und das viskose Fluid ist von dem Staukörper in den Vorratsraum förderbar.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Dichte eines Materials der Ventilkugel höher als die Dichte des viskosen Fluids ist. Die Dichte des Materials der Ventilkugel ist dabei vorzugsweise zweimal höher als die Dichte des viskosen Fluids. Dadurch kann einerseits ein Aufschwimmen der Ventilkugel in der Ablaufbohrung verhindert werden und andererseits der Öffnungsdruck des Ventils optimiert werden. Vorteilhafterweise kann die Ventilkugel aus Glas geformt sein.
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In der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplung kann das viskose Fluid durch das Rückschlagventil in dem Ablaufpfad nahe vollständig aus dem Übertragungsbereich in den Vorratsraum gefördert werden. Dadurch können ein von der Antriebsscheibe auf den Abtriebskörper übertragene Schleppdrehmoment sowie Schleppverluste in der Flüssigkeitsreibkupplung vorteilhaft reduziert werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplung;
- 2 eine Ansicht einer Antriebsscheibe mit einem Staukörper in der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplung;
- 3 eine teilweise Schnittansicht der Antriebsscheibe aus 2 mit einem geschlossenen Rückschlagventil;
- 4 eine teilweise Schnittansicht der Antriebsscheibe aus 2 mit einem geöffneten Rückschlagventil.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplung 1. Die Flüssigkeitsreibkupplung 1 weist eine drehbar gelagerte Welle 3, eine auf der Welle 3 drehfest festgelegte Antriebsscheibe 4 und einen auf der Welle 3 drehbar festgelegten Abtriebskörper 5- in diesem Ausführungsbeispiel ein Kraftfahrzeuglüfter 2 - auf. Die Antriebsscheibe 4 weist einen sich radial erstreckenden ringförmigen Übertragungsbereich 6 zur Aufnahme eines viskosen Fluids auf, über den die Antriebsscheibe 4 mit dem Abtriebskörper 5 zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist. Die Antriebsscheibe 4 weist ferner einen ringsegmentförmigen Vorratsraum 7 zur Aufnahme des viskosen Fluids auf. Der Übertragungsbereich 6 ist mit dem Vorratsraum 7 über einen Zulaufpfad 8 und über einen in der Antriebsscheibe 4 ausgebildeten Ablaufpfad 9 fluidisch verbunden.
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Der Ablaufpfad 9 umfasst einen an dem Übertragungsbereich 6 radial außenliegenden Staukörper 10 und eine radiale von dem Staukörper 10 zu dem Vorratsraum 7 führende Ablaufbohrung 11. Die Ablaufbohrung 11 mündet dabei über eine Einlassöffnung 12 an den Staukörper 10 - wie in 2 gezeigt ist - und über eine Auslassöffnung 13 an eine Axialbohrung 14 des Ablaufpfads 9. Die Axialbohrung 14 verbindet dabei fluidisch die Ablaufbohrung 11 mit dem Vorratsraum 7. In dem Ablaufpfad 9 ist ein Rückschlagventil 15 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel ein in der Ablaufbohrung 11 angeordnetes Kugelsitzventil 16 ist. Das Kugelsitzventil 16 umfasst eine Ventilkugel 17, einen Ventilsitz 18 und einen Sperrkörper 19. Durch das Rückschlagventil 15 beziehungsweise durch das Kugelsitzventil 16 kann das Rückströmen des viskosen Fluids aus der Ablaufbohrung 11 in den Staukörper 10 vorteilhaft verhindert werden. Die Funktionsweise des Kugelsitzventils 16 wird im Folgenden anhand 3 und 4 näher erläutert.
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2 zeigt eine Ansicht der Antriebsscheibe 4 mit dem Staukörper 10. Beim Rotieren der Antriebsscheibe 4 wird das viskose Fluid durch die Zentrifugalkraft aus dem Übertragungsbereich 6 radial nach außen verdrängt. An dem Staukörper 10 entsteht aufgrund der rotierenden Antriebsscheibe 4 und der Ausgestaltung des Staukörpers 10 der Staudruck in dem viskosen Fluid. Sobald der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper 10 den Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung 11 übersteigt, strömt das viskose Fluid über die Einlassöffnung 12 in die Ablaufbohrung 11 und zu dem Vorratsraum 7. Durch das Kugelsitzventil 16 - hier nicht sichtbar - kann das Rückströmen des viskosen Fluids aus der Ablaufbohrung 11 in den Staukörper 10 vorteilhaft verhindert werden.
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3 und 4 zeigen teilweise Schnittansichten der Antriebsscheibe 4 an dem Ablaufpfad 9. In 3 ist das Kugelsitzventil 16 geschlossen und in 4 ist das Kugelsitzventil 16 geöffnet. Wie oben erläutert, umfasst das Kugelsitzventil 16 die Ventilkugel 17, den Ventilsitz 18 und den Sperrkörper 19. Der Ventilsitz 18 ist an der Einlassöffnung 12 der Ablaufbohrung 11 festgelegt. Bei dem geschlossenen Kugelsitzventil 16 bildet der Ventilsitz 18 einen dichtenden Anschlag für die Ventilkugel 17, wie in 3 gezeigt ist. Die Ventilkugel 17 liegt dabei an dem Ventilsitz 18 dichtend an und versperrt dadurch die Einlassöffnung 12. Bei dem geöffneten Kugelsitzventil 16 ist der Staukörper 10 mit der Ablaufbohrung 11 über den Ventilsitz 18 hindurch fluidisch verbunden, wie in 4 gezeigt ist. Der Sperrkörper 19 ist dabei derart in der Ablaufbohrung 11 festgelegt, dass bei dem geöffneten Kugelsitzventil 16 ein fluidleitender Anschlag für die Ventilkugel 17 gebildet ist. Die Ventilkugel 17 weist zudem einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser der Ablaufbohrung 11 auf und ist von dem viskosen Fluid bei dem geöffneten Kugelsitzventil 16 frei umströmbar. Die Dichte der Ventilkugel 17 ist dabei höher als die Dichte des viskosen Fluids, so dass ein Aufschwimmen der Ventilkugel 17 in der Ablaufbohrung 11 verhindert ist. Ferner ist die Dichte der Ventilkugel vorzugsweise zweimal höher als die Dichte des viskosen Fluids, um den Öffnungsdruck des Kugelsitzventils 16 zu optimieren.
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Die Ventilkugel 17 ist in der Ablaufbohrung 11 frei beweglich und somit beim Rotieren der Antriebsscheibe 4 der Zentrifugalkraft ausgesetzt. Beim Rotieren der Antriebsscheibe 4 wird die Ventilkugel 17 an den Ventilsitz 18 angedruckt und die Ablaufbohrung 11 ist für das Durchströmen des viskosen Fluids gesperrt. Beim Rotieren der Antriebsscheibe 4 entsteht in dem viskosen Fluid in dem Staukörper 10 der Staudruck und in dem viskosen Fluid in der Ablauföffnung 11 der Fliehkraftdruck. Ist der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper 10 kleiner als der Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung 11 oder sind diese gleich, so bleibt die Ventilkugel 17 durch die Zentrifugalkraft an die Einlassöffnung 12 gedruckt und versperrt diese. Übersteigt der Staudruck des viskosen Fluids in dem Staukörper 10 den Fliehkraftdruck des viskosen Fluids in der Ablaufbohrung 11, so wird die Ventilkugel 17 entgegen der Zentrifugalkraft von der Einlassöffnung 12 gedruckt und diese entsperrt. So ist das Kugelsitzventil 16 nur dann geöffnet, wenn das viskose Fluid aus dem Staukörper 10 zu dem Vorratsraum 7 strömen kann.
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In der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibkupplung 1 kann das viskose Fluid nahe vollständig aus dem Übertragungsbereich 6 in den Vorratsraum 7 gefördert und ein von der Antriebsscheibe 4 auf den Abtriebskörper 5 übertragene Schleppdrehmoment vorteilhaft reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1391624 A1 [0002]
- DE 102007019088 A1 [0002]
