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Hydrodynamische Kupplung, insbesondere für den Lüfterantrieb bei Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit einem die Turbinenradschale
umfassenden, als Antrieb für die Pumpenradschale dienenden Gehäuse, insbesondere
zum regelbaren Ankuppeln eines Lüfters an seinen Antrieb bei Brennkraftmaschinen.
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Die Erfindung hat eine hydrodynamische Kupplung zur Aufgabe, die in
ihrem konstruktiven Gesamtaufbau, der Art ihrer Herstellung und Montage sowie auch
in ihren Regelmöglichkeiten allgemein und für den vorstehenden Anwendungsfall besonders
geeignet ist.
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Es ist eine Lüfterkupplung bekannt, bei der beide Schalen in einem
umschließenden Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse den Antrieb bildet. Die
Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur der Füllung durch axiale Verschiebung
beider Schalen gegeneinander. Diese bekannte Art ist in Herstellung und Montage
umständlich, und auch die Art der Regelung ist für diesen Anwendungsfall ungeeignet.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß als Lagerung ein an
einem Ende undrehbar festgelegter Achsstumpf dient, auf den drehbar vom anderen
Ende her sowohl die Turbinenradschale als auch das Antriebsgehäuse aufgeschoben
ist und letztere selbst die Pumpenradschale der Kupplung bildet.
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Die Sekundärschale wird beiderseits vollständig umschlossen. Dabei
soll die Turbinenradschale mit einer sich axial einseitig erstreckenden Hohlwelle
versehen und mit dieser auf dem Achsstumpf axial unverschiebbar gelagert sein, wobei
an der Hohlwelle der Lüfter befestigt ist. Das Antriebsgehäuse besteht aus einem
glockenartigen Gehäuseteil und einem diesen Gehäuseteil abschließenden Deckel, die
miteinander dichtend und gegen Verdrehen gesichert verbunden sind, wobei einer der
beiden Teile, zweckmäßig der glockenartige Gehäuseteil, auf der Hohlwelle der Turbinenradschale
gelagert ist.
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Durch diese Ausbildung ergibt sich der Vorteil, daß ein besonderes
Antriebsgehäuse für die Kupplung nicht mehr erforderlich ist. Dadurch werden Teile
und Platz gespart. Weiterhin ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Montage und
Herstellung der Kupplung bzw. ihrer Einzelteile, die weiter unten bei der Beschreibung
des Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden, und auch hinsichtlich ihrer
Regelbarkeit.
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Der feststehende Achsstumpf der Kupplung kann nach einer Weiterbildung
des Erfindungsgedankens mit Vorteil zur Befestigung eines Schöpfrohrträgers mit
einem öder mehreren feststehenden Schöpfrohren verwendet werden. Diese liegen in
einem radialen Spalt zwischen Turbinen- und Pumpenradschale, und ihre Mündung kann
in an sich bekannter Weise außerhalb des größten Schalenradius liegen. Dadurch kann
eine gute Selbstregelung der Kupplung erreicht werden, wenn im Abfluß der Kupplungsflüssigkeit
ein Durchflußwiderstand bestimmter Abstimmung in Form einer gegebenenfalls auswechselbaren
Düse angeordnet ist. Durch diese Ausbildung der Kupplung läßt sich erreichen, daß
die Kupplung von selbst mit steigender Antriebsdrehzahl einen steigenden Schlupf
aufweist, d. h. also, daß der Lüfter in der Drehzahl hinter seinem Antrieb zurückbleibt.
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Wie die Erfindung im einzelnen ausgeführt werden kann, zeigt mit den
für sie wesentlichen Teilen das Ausführungsbeispiel der Zeichnung, die einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Kupplung darstellt.
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Nach der Zeichnung ist die Kupplung 1 auf dem feststehenden Achsstumpf
2 angeordnet, der seinerseits an einem Ende in einem Halter 3 undrehbar befestigt
ist. Über den Halter 3 ist dann das ganze Lüfteraggregat an der hierfür vorgesehenen
Stelle im, Fahrzeug bzw. an einer Brennkraftmaschine eingebaut. Die Kupplung 1 besteht
ihrerseits aus der Pumpenradschale 4 und der Turbinenradschale 5, die beide drehbar
auf dem feststehenden Achsstumpf 2 lagern und vom anderen Ende her auf diesen aufgeschoben
sind. Die Pumpenradschale 4 dient gleichzeitig als Antriebsscheibe und ist zu diesem
Zweck als Keilriemenscheibe ausgebildet. Sie ist zweiteilig ausgeführt und besteht
aus dem glockenartigen Gehäuseteil 6, das durch den Deckel 7 abgeschlossen wird.
Der Deckel 7 ist über ein Lager 10 auf dem Achsstumpf 2 drehbar und axial unverschiebbar
gelagert und durch eine Dichtung 11, z. B. einen Simmerring, nach außen abgedichtet.
Seine Verbindung mit dem glockenartigen Gehäuseteil 6 erfolgt nicht, wie bisher
üblich,
durch Verschraubung, sondern durch einen Sicherungsring
12, wobei in einer Umfangsnut ein Dichtring 13 eingelegt ist. Auf diese Weise wird
die Turbinenradschale 5 beiderseits vollständig von der das Antriebsgehäuse bildenden
Pumpenradschale 4 umschlossen.
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Beide Teile der Pumpenradschale 4 können als Spritzgußteile hergestellt
sein. Das Keilriemenprofil 8 wird dann zweckmäßigerweise in den glockenartigen Gehäuseteil
6 eingespritzt, wobei auf gute Bindung und Verzahnung zu achten ist. Beide Teile
6 und 7 weisen je einen Schaufelkranz 9 auf. Es ist auch möglich, nur im glockenartigen
Gehäuseteil 6 oder im Deckel 7 einen Schaufelkranz vorzusehen. Die Turbinenradschale
5, die ebenfalls als Spritzgußteil hergestellt sein kann, hat im vorliegenden Fall
zwei zueinander spiegelbildlich angeordnete Schaufelkränze 14. Sie ist mit einer
Hohlwelle 15 über ein Lager 16 drehbar auf dem Achsstumpf 2 gelagert. Ihre axiale
Führung wird durch ein weiteres Lager 17 gesichert. Die Hohlwelle 15 erstreckt sich
axial nur in einer Richtung, und mit ihr ist der Lüfter 18 mittel-oder unmittelbar
verbunden.
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Im vorliegenden Fall ist die Hohlwelle 15 über den Achsstumpf 2 hinaus
verlängert und an ihrem Ende der Lüfter 18 unmittelbar befestigt. Diese Befestigung
ist gleichzeitig als dichtender Abschluß für die Kupplungsflüssigkeit ausgebildet.
Zu diesem Zweck ist ein sogenannter Drehverschluß vorgesehen, der aus einer Scheibe
19 besteht, die mit drei Ansätzen 20 nach Art eines Bajonettverschlusses hinter
drei entsprechende Ansätze 21 der Hohlwelle 15 eingerastet wird. An dieser Platte
19 ist dann der Lüfter 18 durch drei Schrauben 22 befestigt. Der glockenartige Gehäuseteil
6 der Pumpenradschale ist über ein Lager 23 auf der Hohlwelle 15 gelagert. Eine
Dichtung 24, z. B. ein Sinmmerring, bildet den dichten Abschluß der Kupplung.
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Auf dem Achsstumpf 2, und zwar zweckmäßigerweise zwischen der Turbinenradschale
5 und dem Deckel 7 der Pumpenradschale, ist ein Schöpfrohrträger 25 fest angeordnet,
der mit Schöpfrohren 26 versehen ist. Die Anzahl der Schöpfrohre ist beliebig. Sie
liegen in einem radialen Spalt zwischen einem Schaufelkranz 14 der Turbinenradschale
und einem Schaufelkranz in der Pumpenradschale 4 vorteilhafterweise dem Schaufelkranz
9 des Deckels 7. Ihre Öffnungen 26 liegen auf einem Radius, der größer ist, als
der äußere Schaufelradius. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei kleiner Füllung
oder bei leerer Beschaufelung noch ein genügend starker Ring von Kupplungsflüssigkeit
vorhanden ist, der die Rückförderung aufrechterhält. Außerdem bilden die feststehenden
Schöpfrohre einen nicht unwesentlichen Teil der weiter unten noch näher beschriebenen
Regelung der Kupplung.
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Die Kupplungsflüssigkeit, z. B. das vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine
abgezweigte Ö1, tritt durch eine zentrale Bohrung 28 im Achsstumpf 2 in die Kupplung
ein. Es ist von Vorteil, wenn vor dem Eintritt in die Kupplung in den Zufluß ein
von der Temperatur des Kühlmittels stetig oder stufenweise steuerbares Regelorgan
für die Zuflußmenge eingeschaltet ist. Das Ö1 gelangt von der Bohrung 28 aus in
den vorderen Raum 29 der Kupplung auf der Stirnseite des Achsstumpfes 2, von wo
aus es durch die Lager 16 und 17 und durch den Ringspalt 30 bzw. die Bohrung 31
in die Schaufelkränze 9, 14 eintritt, die es je nach Zuflußmenge und Drehzahl bis
zu einem bestimmten Niveau anfüllt. Das Ausschöpfen der Kupplung erfolgt durch die
Schöpfrohre 26, von wo aus das Öl durch den Schöpfrohrträger 25 und die Bohrung
32 abfließt. In den Abfluß, und zwar zweckmäßigerweise unmittelbar nach dem Austritt
aus der Kupplung, kann noch ein besonderer Durchflußwiderstand, z. B. in Form einer
auswechselbaren Düse, eingeschaltet sein. Auf diese Weise ist es möglich, den Schlupf
der Kupplung selbsttätig zu regeln, da bei gleichbleibender Eintrittsmenge um so
mehr Ö1 aus der Kupplung herausgeschöpft wird, je höher die Primärdrehzahl ist.
Das bedeutet, daß von einem bestimmten Punkt ab die Lüfterdrehzahl der steigenden
Motordrehzahl immer langsamer folgt und schließlich ihr gegenüber sogar fällt. Durch
die Regelung der Zuflußmenge wird der Beginn dieser selbsttätigen Regelung eingestellt.
Die Schöpfrohre können bei entsprechender Bremsung auch selbst den Durchflußwiderstand
bilden.
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Die Montage der Kupplung ist denkbar einfach. Sie erfolgt im Prinzip
derart, daß ein Teil nach dem anderen vom freien Ende her auf den Achsstumpf 2 aufgeschoben,
befestigt und durch den abschließenden Bajonettverschluß gesichert wird. Man beginnt
mit dem Deckel 7, der durch das Lager 10 axial fixiert wird. Es folgen der Schöpfrohrträger
25 mit den Schöpfrohren 26, die Turbinenradschale 5 mit ihren Lagern 16 und 17 und
zum Schluß der glockenartige Gehäuseteil 6, der mit dem Sicherungsring 12 gegenüber
dem Deckel 7 festgelegt wird. Abschließend ist lediglich noch die Platte 19 in das
vordere Ende der Hohlwelle 15 an der Turbinenradschale einzusetzen und der Lüfter
18 mit den drei Schrauben 22 an dieser Platte festzuziehen. Bis auf die Lüfterbefestigung
kommt die Kupplung praktisch ohne jede Schraubverbindung aus. Weiterhin sind bei
den Einzelteilen die bearbeiteten Flächen auf ein Minimum reduziert.
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Durch diesen erfindungsgemäß einfachen konstruktiven Aufbau ist es
möglich, die Kupplung in wirtschaftlich tragbarer Weise herzustellen und zu montieren.
Weiterhin ermöglicht die Selbstregelung der Kupplung durch die nach der Erfindung
vorgesehenen stehenden Schöpfrohre und den Durchflußwiderstand im Rücklauf der Kupplungsflüssigkeit
eine gute Anpassung der Lüfterdrehzahl an den jeweiligen Bedarf. Gleichzeitig kann
durch diese selbsttätige Regelung die bisherige übliche Regelung durch einen Thermostat
nur als Korrekturregelung ausgelegt werden. Es ist also möglich, einen Thermostat
geringerer Genauigkeit und ohne große Regelgeschwindigkeit vorzusehen.