DE1425251B2

DE1425251B2 - Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung

Info

Publication number: DE1425251B2
Application number: DE19631425251
Authority: DE
Inventors: Arthur Gene East Detroit Mich. Sabat (V.St.A.)
Original assignee: Eaton YaIe 4 Towne, Inc., Cleveland, Ohio (V.St.A.)
Priority date: 1962-09-17
Filing date: 1963-09-17
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB994954A; DE1425251A1; US3363734A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung, insbesondere für den Antrieb eines Lüfters von einem Motor aus, bestehend im wesentlichen aus einem drehbaren Gehäuse, welches eine Arbeitskammer und eine Speicherkammer zur Aufnahme einer Arbeitsflüssigkeit aufweist, wobei beide Kammern durch eine Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisende Scheidewand getrennt sind, einer innerhalb der Arbeitskammer des Gehäuses koaxial angeordneten Kupplungsscheibe und einer Pumpeinrichtung, die Arbeitsflüssigkeit von der Arbeitskammer in die Speicherkammer pumpt. Bei einer solchen Flüssigkeitsreibungskupplung soll die Füllung der Arbeitskammer in Abhängigkeit einer Regelgröße derart verändert werden können, daß sich der Schlupf der Kupplung und somit die Drehzahl eines mit der Abtriebseite der Kupplung verbundenen Teils relativ zur Eingangsdrehzahl in Abhängigkeit dieser Regelgröße einstellt. Als anzutreibendes Teil kann bevorzugt der Kühllüfter eines Motors vorgesehen sein.

Bei einer bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art geschieht die Füllungsregelung in Abhängigkeit der Temperatur der die Kupplung umgebenden Außenluft. Bei Verwendung der Kupplung in Verbindung mit einem Kühllüfter liegt die Kupplung in dem durch den Kühler des Motors strömenden Luftstrom, so daß die Temperatur dieses Luftstromes bis zu einem gewissen Grad eine Funktion der Temperatur des Kühlmittels des Motors ist. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, daß die Drehzahl des Kühllüfters und somit dessen Kühlleistung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur steht. Heiße Umgebungsluft bedingt geringen Schlupf in der Kupplung und somit eine hohe Lüfterdrehzahl, kalte Umgebungsluft bedingt hohen Schlupf in der Kupplung und eine geringe Lüfterdrehzahl.

Diese von der Temperatur der Umgebungsluft gesteuerte Füllungsregelung weist Nachteile auf, insbesondere bei Kaltstartbedingungen oder bei raschem Beschleunigen des Motors. Bei Kaltstartbedingungen z. B. ist zu Beginn meist eine beträchtliche Menge Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer angeordnet, wobei die kalte Arbeitsflüssigkeit eine verhältnismäßig hohe Viskosität aufweist. Der Schlupf der Kupplung ist in diesem Zustand klein und die langsame Ableitung von Arbeitsflüssigkeit aus der Arbeitskammer bewirkt ein langes Andauern dieses unerwünschten Zustandes. Die Lüfterdrehzahl ist unter solchen Bedingungen höher als erwünscht. Beim raschen Beschleunigen eines Motors ist es gewöhnlich nicht wünschenswert, daß die Drehzahl des Lüfters nahezu proportional zur Motordrehzahl zunimmt. Da die Umgebungstemperatur sich bei einem solchen Beschleunigungsvorgang überhaupt nicht oder nur unwesentlich ändert, kann die Lüfterdrehzahl zu einer unerwünschten Höhe ansteigen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bereits bekannt, bei einer Flüssigkeitsreibungskupplung als Regelgröße für die Füllungsrcgelung statt der Temperatur der Umgebungsluft die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit heranzuziehen. Bei einer derartigen, bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregclung stehen die Speicherkammer und die Arbeitskammer in direkter Verbindung. Die radial außen liegende Speicherkammer enthält einen flexiblen Verdrängungskörper, der mit einer sich bei Temperaturerhöhung stark ausdehnenden Flüssigkeit gefüllt ist.

Erhöht sich während des Betriebes der Flüssigkeitskupplung die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit, so bewirkt diese Temperaturerhöhung eine Ausdehnung des Verdrängerkörpers. Hierdurch wird die Arbeitsflüssigkeit aus der Speicherkammer in die Arbeitskammer gedrückt. Damit jedoch umgekehrt die Arbeitsflüssigkeit wieder aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer zurückgelangen kann, muß letztere radial außerhalb der Arbeitskammer angeordnet sein. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei erhöhter Drehzahl der Kupplung die auf die Arbeitsflüssigkeit wirkenden Zentrifugalkräfte entgegen den durch den Verdrängerkörper erzeugten Kräften wirken, so daß ein Teil der Arbeitsflüssigkeit wieder in die Speicherkammer zurückgedrängt wird. Gerade bei erhöhter Drehzahl soll jedoch häufig das volle Drehmoment durch die Kupplung übertragen werden, was bei der vorbekannten Flüssigkeitskupplung nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, die unmittelbar durch die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit steuerbar, jedoch von Zentrifugalkräften unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit den Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen zusammenwirkende Bimetallstreifen vorgesehen sind, deren freie Enden je nach der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit ihren Abstand von den Öffnungen verändern.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung erfolgt also die Füllungsregelung direkt in Abhängigkeit von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit. Da die Füllung der Speicherkammer nicht durch Zentrifugalkraft, sondern durch eine Pumpeinrichtung bewirkt wird, ist die neue Flüssigkeitsreibungskupplung unabhängig von Zentrifugalkräften. Auch bei höchster Drehzahl kann deshalb das volle Drehmoment übertragen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Vorderansicht einer Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung, wobei zur besseren Verdeutlichung ein Teil der Kupplung aufgeschnitten dargestellt ist,

F i g. 2 Querschnitt durch die Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Linie 11-"II in F i g. 1,

F i g. 3 in vergrößertem Maßstab einen Teil der in F i e. 2 dargestellten Anordnung, nach der Linie III-llI in F fg. 1,

F i g. 4 Querschnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 1,

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung 10 dient zur Verwendung in Verbindung mit dem Antrieb eines Lüfters 11 für eine Brennkraftmaschine. Die dargestellte Kupplung 10 sitzt auf einer Antriebswelle 12, die von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine über einen Keilriemen und eine Keilriemenscheibe 13 angetrieben wird. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 10 besteht im wesentlichen aus einem auf der Antriebs-

welle 12 frei drehbaren Gehäuse 14, als getriebener Kupplungshälfte, und aus einer drehfest mit der Antriebswelie verbundenen Kupplungsscheibe 15 als treibender Kupplungshälfte. Der Lüfter 11 ist auf geeicnete Weise mit dem Gehäuse 14 verbunden. Das Gehäuse 14 ist durch einen Deckel 16 abgeschlossen, so daß innerhalb des Gehäuses eine nach außen dichte Kammer entsteht, die durch eine radiale Scheidewand 19 in Arbeitskammer 17 und eine Speicherkammer 18 zur Aufnahme einer Arbeitsflüssigkeit getrennt ist. Die treibende Kupplungsscheibe 15 ist koaxial zum Gehäuse 14 innerhalb der Arbeitskammer 17 angeordnet. Zur Übertragung eines Drehmomentes von der treibenden Kupplungsscheibe 15 auf das getriebene Gehäuse 14 weisen beide auf benachbart gegenüberliegenden Flächen Vorsprünge 20 und 21 auf, die in entsprechende Ringnuten der gegenüberliegenden Kupplungshälfte eingreifen. Zwisehen den Vorsprüngen und Nuten bleibt ein Spalt 22, wobei das durch die Kupplung übertragbare Drehmoment davon abhängt, wie stark dieser Spalt mit Kupplungsflüssigkeit gefüllt ist. Um ein Übertreten von Arbeitsflüssigkeit aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer und umgekehrt zu ermögliehen, ist eine Pumpeinrichtung 23 vorgesehen, und weist die Scheidewand 19 Einlaß- und Auslaßöffnungen 24 bzw. 25 auf. Als Einlaßöffnungen seien diejenigen Öffnungen bezeichnet, durch die Arbeitsflüssigkeit von der Speicherkammer in die Arbeitskammer eintritt und als Auslaßöffnungen seien diejenigen Öffnungen bezeichnet, aus denen Arbeitsflüssigkeit von der Arbeitskammer in die Speicherkammer austritt.

Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich, weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Pumpeinrichtung ein aus einem hutförmig aus der Scheidewand 19 vorstehenden Teil gebildetes Pumpelement

26 auf, das in eine ringförmige Ausnehmung 27 a am äußeren stirnseitigen Umfang der Kupplungsscheibe 15 hineinragt. Vor dem Pumpelement 26 ist, bezogen auf die Drehrichtung der Scheidewand 19 relativ zur Kupplungsscheibe 15, eine Flüssigkeitsauslaßöffnung 25 angeordnet. Infolge des Drehzahl-Unterschiedes zwischen Scheidewand 19 und treibender Kupplungsscheibe 15 staut sich vor dem Pumpelement 26 Arbeitsflüssigkeit, so daß diese unter Druck aus der Arbeitskammer 17 zur Speicherkammer 13 durch die Auslaßöffnung 25 gepumpt wird.

Die zum Zurückströmen von Arbeitsflüssigkeit aus der Speicherkammer 18 in die Arbeitskammer 17 in der Scheidewand 19 vorgesehene Einlaßöffnung 24 kann, wie aus F i g. 1 ersichtlich, durch einen Arm

27 b freigegeben oder mehr oder minder abgedeckt werden. Dieser Arm 27 b ist in bekannter Weise mit einer im Deckel 16 zentrisch angeordneten Achse 28 verbunden. Die Achse 28 und somit der Arm 27 b konnen über eine auf die Temperatur der Umgebungsluft ansprechende Bimetallspiralfeder 29 verdreht werden. Je nach Höhe der Umgebungstemperatur wird somit die Einlaßöffnung 24 durch den Arm 27 b mehr oder weniger abgedeckt.

Erfindungsgemäß ist ein mit der Einlaßöffnung 24 zusammenwirkender Bimetallstreifen 30 vorgesehen, der mit seinem einen Ende 31 vorzugsweise an einem erhabenen Teil der Scheidewand 19 (F i g. 4) beispielsweise durch Punktschweißung befestigt ist. Dieser Bimetallstreifen 30 wird von Arbeitsflüssigkeit umspült und spricht auf deren Temperaturveränderungen an, so daß er zwischen der in F i g. 4 mit voll ausgezogenen Linien und der mit gestrichelten Linien gezeigten Stellung bewegt wird. Wie ersichtlieh, ist der Arm 27 b zwischen der Scheidewand 19 und dem Bimetallstreifen 30 gleitbar angeordnet, so daß der Arm 27 b im wesentlichen unabhängig von dem Bimetallstreifen 30 beweglich ist. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Birnetallstreifen 30 so angeordnet, daß er einen wesentliehen Teil der Einlaßöffnung 24 bedeckt, jedoch ein Teil derselben freiliegt, so daß, selbst wenn der Bimetallstreifen 30 der Einlaßöffnung 24 anliegt, immer noch Arbeitsflüssigkeit durch sie hindurchströmen kann. Dadurch, daß eine ständige Arbeitsflüssigkeitsgrundströmung von der Speicherkammer in die Arbeitskammer stattfinden kann, kann der Bimetallstreifen 30 immer die wahre Temperatur der Arbeitsflüssigkeit abfühlen, wodurch ein sofortiges Ansprechen des Bimetallstreifens auf die Arbeitstemperatur der Flüssigkeit in der Arbeitskammer erzielt wird.

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der vorangehend beschriebenen Anordnung. Die wesentliehen baulichen Einzelheiten der Ausführungsform nach F i g. 1 liegen auch bei der Ausführungsform nach F i g. 5 vor mit der Ausnahme, daß bei dieser kein Umgebungstemperaturfühlorgan vorgesehen ist, d. h. die Steuerorgane 27 b bis 29 sind weggelassen. Die Regelung der Arbeitsflüssigkeitsströmung aus der Speicherkammer 18 in die Arbeitskammer 17 wird durch einen von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit abhängigen Bimetallstreifen 130 wahrgenommen, der in allen Einzelheiten dem Bimetallstreifen 30 der F i g. 1 entspricht.

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 6 dargestellt, bei welcher, wie in Fig. 1, ein Umgebungstemperaturfühlorgan mit einem Arm 227 b vorgesehen ist, welcher in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 mit einer Einlaßöffnung 224 zusammenarbeitet. Außerdem ist erfindungsgemaß ein temperaturempfindlicher Bimetallstreifen 232 vorgesehen, der in geeigneter Weise, z. B. durch Punktschweißung bei 233, an einem erhabenen Teil der Scheidewand befestigt ist. Dieser Bimetallstreifen 232 spricht auf die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit an und dient der Strömungsregelung durch die Auslaßöffnung 225, so daß, wenn die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer ansteigt, sich der Bimetallstreifen 232 in eine Stellung bewegt, in der die Strömung von Arbeitsflüssigkeit aus der Arbeitskammer 17 zur Speicherkammer 18 verringert wird, so daß in der Arbeitskammer ein größeres Arbeitsflüssigkeitsvolumen erhalten wird.

Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 7 dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform von F i g. 6 entspricht, wobei jedoch kein Umgebungstemperaturfühlorgan vorgesehen ist, d. h. die Einlaßöffnung 324 wird nicht in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur abgedeckt oder freigegeben.

Den in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen einer Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung ist gemeinsam, daß erfindungsgemäß ein Bimetallstreifen vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur der Arbeitsflüssigkeit in der Scheidewand 19 vorgesehene Einlaß- und/ oder Auslaßöffnungen mehr oder weniger abdeckt oder freigibt. Von der jeweiligen Stellung des oder

der Bimetallstreifen hängt der Füllungsgrad und damit der Schlupf der Flüssigkeitsreibungskupplung ab. Bei hoher Arbeitsflüssigkeitstemperatur steht der Bimetallstreifen so, daß durch die Einlaßöffnung mehr Arbeitsflüssigkeit in die Arbeitskammer einströmt als durch die Auslaßöffnung ausströmen kann. Hierdurch erhöht sich die Füllung der Arbeitskammer, so daß sich der Schlupf der Kupplung und damit die weitere Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit verringern. Bei niedriger Arbeitsflüssigkeitstemperatur steht der Bimetallstreifen so, daß aus der Auslaßöffnung mehr Arbeitsflüssigkeit ausströmen als durch die Einlaßöffnung einströmen kann. Die Füllung der Arbeitskammer vermindert sich somit, so daß der Schlupf der Kupplung größer wird und sich die Arbeitsflüssigkeit stärker erwärmt. Mittelbar ist die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit auch von der Temperatur der Umgebungsluft der Kupplung abhängig, da von ihr die Kühlung des Kupplungsgehäuses 14 abhängt.

Insbesondere mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung nach den Ausführungsformen der F i g. 6 und 7 lassen sich die Nachteile vermeiden, die eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit Umgebungsluft gesteuerter Füllungsregelung bei Kaltstartbedingungen aufweist. Die Auslaßöffnungen 225 bzw. 325 können bei diesen Ausführungsformen genügend groß gewählt werden, daß beim Kaltstart die Arbeitsflüssigkeit rasch aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer verdrängt wird. Der Schlupf der Kupplung ist damit schon nach kürzester Zeit sehr groß und die Lüfterdrehzahl dementsprechend niedrig, so daß der Forderung Rechnung getragen wird, die Kühlleistung des Lüfters beim Kaltstart möglichst niedrig zu halten.

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit Füllungsregelung, insbesondere für den Antrieb eines Lüfters von einem Motor aus, bestehend im wesentlichen aus einem drehbaren Gehäuse, welches eine Arbeitskammer und eine Speicherkammer zur Aufnahme einer Arbeitsflüssigkeit aufweist, wobei beide Kammern durch eine Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisende Scheidewand getrennt sind, einer innerhalb der Arbeitskammer des Gehäuses koaxial angeordneten Kupplungsscheibe und einer Pumpeinrichtung, die Arbeitsflüssigkeit von der Arbeitskammer in die Speicherkammer pumpt, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen (24,124 bzw. 225, 325) zusammenwirkende Bimetallstreifen (30,130, 232, 332) vorgesehen sind, deren freie Enden je nach der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit ihren Abstand von den Öffnungen (24,124 bzw. 225,325) verändern.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallstreifen (30,130, 232, 332) mit einem Ende mit der Scheidewand (19) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen