DE19940537A1 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents
FlüssigkeitsreibungskupplungInfo
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Abstract
Es wird eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit mindestens einem mit einer Antriebswelle koppelbaren Rotor, der in einem mit Flüssigkeit zumindest teilweise befüllbaren Arbeitsraum eines Gehäuses angeordnet ist, mit einem im Rotor angeordneten Vorratsraum für die Flüssigkeit, wobei der Vorratsraum über wenigstens einen ersten Verbindungspfad mit dem Arbeitsraum und der Arbeitsraum über mindestens einen zweiten Verbindungspfad mit dem Vorratsraum verbunden sind, sowie mit einer Ventilanordnung, mit deren Hilfe der Flüssigkeitsstand im Arbeitsraum beeinflußbar ist, vorgeschlagen. Die Flüssigkeitsreibungskupplung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ventilanordnung (59) derart ausgebildet ist, daß in einer ersten Funktionsstellung der Ventilanordnung (59) die ersten und zweiten Verbindungspfade (43, 45) verschließbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungs
kupplung mit mindestens einem mit einer Antriebs
welle koppelbaren Rotor, der in einem mit Flüssig
keit zumindest teilweise befüllbaren Arbeitsraum
eines Gehäuses angeordnet ist, gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Flüssigkeitsreibungskupp
lung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5.
Aus der DE 197 42 823 A1 geht eine Flüssigkeitsrei
bungskupplung der hier angesprochenen Art hervor.
Diese umfaßt einen mit Hilfe einer mit einem An
triebsmoment beaufschlagbaren Antriebswelle ange
triebenen Rotor, der in einem mit Flüssigkeit ge
füllten Arbeitsraum angeordnet ist. In den Rotor
ist ein Vorratsraum für die Flüssigkeit integriert.
Der Vorratsraum ist über einen ersten Verbindungs
pfad mit dem Arbeitsraum und der Arbeitsraum über
einen zweiten Verbindungspfad mit dem Vorratsraum
verbunden. Über eine Ventilanordnung kann der Zu-
und Abfluß der Flüssigkeit zum Arbeitsraum so ge
steuert werden, daß in einer ersten Extremstellung
der Ventilanordnung der erste Verbindungspfad ver
schlossen ist, während der zweite Verbindungspfad
offen ist, und daß in einer zweiten Extremstellung
der erste Verbindungspfad offen ist, während der
zweite Verbindungspfad verschlossen ist. Die unter
anderem im Zusammenhang mit Lüfteranordnungen für
Fahrzeugmotoren eingesetzte Flüssigkeitsreibungs
kupplung weist den Nachteil auf, daß in Abhängig
keit der Antriebsdrehzahl des Rotors, die wiederum
abhängig ist von der Motordrehzahl des Fahrzeugs,
sich die vom Arbeitsraum in den Vorratsraum gepump
te Flüssigkeitsmenge ändert, so daß ständig eine
Nachregelung durch die Ventilanordnung erforderlich
ist, um einen gleichbleibenden Befüllungsgrad des
Arbeitsraums und somit ein gleichbleibendes, über
tragbares Drehmoment einzustellen. Dadurch, daß
sich beispielsweise im Stadtverkehr die Antriebs
drehzahl ständig ändert, ist ein definiertes, über
tragbares Reibmoment praktisch nicht einstellbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flüssig
keitsreibungskupplung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Flüssigkeitsrei
bungskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß
die Ventilanordnung derart ausgebildet ist, daß in
einer ersten Funktionsstellung der Ventilanordnung
die ersten und zweiten Verbindungspfade verschließ
bar sind. Die Fluidverbindungen zwischen Vorrats
raum und Arbeitsraum beziehungsweise zwischen Ar
beitsraum und Vorratsraum können also gleichzeitig
vollständig verschlossen werden, so daß unabhängig
von der Antriebsdrehzahl eine konstante Flüssig
keitsmenge im Arbeitsraum einstellbar ist. Mit an
deren Worten, durch eine Abschottung des Vorrats
raums mit Hilfe der Ventilanordnung kann ein von
der Antriebsdrehzahl der Flüssigkeitsreibungskupp
lung unabhängiges, gleichbleibendes übertragbares
Reibmoment eingestellt werden, so daß eine stetige
Nachregelung der Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum,
wie sie bei der bekannten Flüssigkeitsreibungskupp
lung vorgenommen werden muß, nicht erforderlich
ist.
Bei einer ersten Ausführungsform der Flüssigkeits
reibungskupplung ist ein Wellenantrieb vorgesehen,
das heißt, der Rotor wird mit einem Antriebsmoment
beaufschlagt, so daß über die im Arbeitsraum be
findliche Flüssigkeit ein Reibmoment auf das den
Arbeitsraum umgebende Gehäuse der Flüssigkeitsrei
bungskupplung übertragen wird. Die Drehzahl des Ge
häuses ist in Abhängigkeit des Befüllungsgrads des
Arbeitsraums mit Flüssigkeit entsprechend kleiner
als die Antriebsdrehzahl des Rotors beziehungsweise
der Antriebswelle. Bei einem anderen Ausführungs
beispiel der Flüssigkeitsreibungskupplung ist ein
Gehäuseantrieb vorgesehen, bei dem das Gehäuse an
getrieben wird und über die im Arbeitsraum befind
liche Flüssigkeit ein Reibmoment auf den mit der
Antriebswelle gekoppelten Rotor übertragen wird,
der sich gegenüber dem Gehäuse mit entsprechend
verringerter Drehzahl dreht. Die Antriebswelle
weist hier die Funktion einer Antriebswelle auf,
die zum Antreiben eines anderen Aggregats, bei
spielsweise einer Wasserpumpenwelle, dient.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, daß in einer zweiten Funktionsstellung der
Ventilanordnung nur der erste Verbindungspfad zwi
schen Vorratsraum und Arbeitsraum verschließbar
ist. In den Vorratsraum, in den mindestens eine Ab
lauföffnung mündet, durch die Flüssigkeit vom Vor
ratsraum in den ersten Verbindungspfad und von dort
in den Arbeitsraum fließen kann, befindet sich in
einem radialen Abstand zur Drehachse die Antriebs
welle, so daß bei rotierendem Rotor und geöffnetem
ersten Verbindungspfad ein selbständiges Befüllen
des Arbeitsraums realisierbar ist. Beispielsweise
kann im Betrieb der Flüssigkeitsreibungskupplung
die aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum fließen
de Flüssigkeitsmenge durch Verschließen des ersten
Verbindungspfads im Vorratsraum gespeichert und von
dort bedarfsorientiert, das heißt, an eine an ein
gewünschtes übertragbares Reibmoment angepaßte Vor
gabe durch ein zumindest teilweises Öffnen des er
sten Verbindungspfads in den Arbeitsraum weiterge
leitet werden. Das Öffnen und Verschließen des er
sten Verbindungspfads kann beispielsweise mit Hilfe
einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung er
folgen, so daß die Ventilanordnung bedarfsabhängig
entsprechend betätigt beziehungsweise angesteuert
wird. Mithin ist es möglich, daß das Öffnen und
Verschließen des ersten Verbindungspfads durch Tak
ten der Ventilanordnung erfolgt, was eine Vereinfa
chung der Steuerung/Regelung ermöglicht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, daß in der ersten Funktionsstellung der Venti
lanordnung die im Arbeitsraum befindliche Flüssig
keit nur innerhalb des Arbeitsraums zirkuliert. Da
durch kann sichergestellt werden, daß der auf ein
dem zweiten Verbindungspfad zugeordnetes Ventil der
Ventilanordnung wirkende Druck nur relativ gering
ist, so daß ein "Überdrücken", also ein Öffnen des
Ventils, vermieden werden kann. Darüber hinaus ist
eine Füllstandsänderung des Vorratsraum, was
zwangsläufig auch zu einer Füllstandsänderung im
Arbeitsraum führt, ohne weiteres möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Flüssig
keitsreibungskupplung ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Flüssigkeits
reibungskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 5
vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß
mindestens zwei erste Verbindungspfade zwischen Ar
beitsraum und Vorratsraum vorgesehen sind, deren
radialer Abstand zur Drehachse des Rotors unter
schiedlich ist, und daß die Ventilanordnung derart
angeordnet ist, daß in einer ersten Funktionsstel
lung zumindest einer der ersten Verbindungspfade
verschließbar ist, wobei der andere erste Verbin
dungspfad zumindest teilweise, vorzugsweise voll
ständig, geöffnet ist. Wenn mindestens einer der
ersten Verbindungspfade offen ist, fließt ständig
Flüssigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum und
von diesem in den Arbeitsraum zurück. Hierdurch ist
in Abhängigkeit des radialen Abstands der ersten
Verbindungspfade zur Rotordrehachse eine stufenwei
se Einstellung der im Arbeitsraum befindlichen
Flüssigkeitsmenge realisiert. Dabei gilt, desto
größer der radiale Abstand des jeweiligen ersten
Verbindungspfads zur Drehachse des Rotors ist, de
sto größer ist die bei geöffnetem ersten Verbin
dungspfad im Arbeitsraum befindliche Flüssigkeits
menge und somit das übertragbare Reibmoment. Ist
der Abstand zwischen einem der ersten Verbindungs
pfade und der Drehachse des Rotors nur gering, so
kann bei entsprechender Ansteuerung beziehungsweise
Regelung der Ventilanordnung eine große Flüssig
keitsmenge im Vorratsraum und somit eine entspre
chend kleinere Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum
eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist, daß
unabhängig von der Antriebsdrehzahl des Rotors
(Wellenantrieb) beziehungsweise des Gehäuses
(Gehäuseantrieb) ein gleichbleibender Befüllungs
grad des Arbeitsraum mit Flüssigkeit einstellbar
ist.
Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel der Flüs
sigkeitsreibungskupplung bevorzugt, daß sich da
durch auszeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungs
kupplung als vormontierbare Einheit ausgebildet
ist, die im fertigmontierten Zustand lediglich mit
einem geeigneten Antrieb oder Abtrieb verbunden
werden muß. Dadurch ist eine Adaption der Flüssig
keitsreibungskupplung an eine Antriebswelle, bei
spielsweise die Antriebswelle einer Wasserpumpe ei
nes Kraftfahrzeugs, ohne weiteres in kurzer Zeit
möglich. Die Flüssigkeitsreibungskupplung kann bei
spielsweise auch im Zusammenhang mit einer Lüfter
anordnung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden,
wobei die Lüfterschaufeln vorzugsweise an dem sich
drehenden Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung
angebracht sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Flüssig
keitsreibungskupplung ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich
nung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel einer Flüssig
keitsreibungskupplung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Flüssig
keitsreibungskupplung gemäß Fig. 1;
Fig. 3A bis 3C jeweils eine stark schematisierte
Darstellung eines Steuerelements
einer ersten Ausführungsform einer
Ventilanordnung in unterschiedlichen
Funktionsstellungen;
Fig. 4A bis 4C jeweils eine Prinzipskizze eines
Steuerelements eines weiteren Aus
führungsbeispiels der Ventilanord
nung in verschiedenen Funktionsstel
lungen und
Fig. 5 ein Diagramm, in dem ein von einem
Rotor auf eine Flüssigkeit übertrag
bares Reibmoment in Abhängigkeit der
Differenzdrehzahl des Rotors darge
stellt ist, mit mehreren Kennlinien.
Die im folgenden beschriebene Flüssigkeitsreibungs
kupplung 1 ist allgemein einsetzbar, beispielsweise
im Zusammenhang mit einer Lüfteranordnung oder ei
ner Wasserpumpe eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines ersten Aus
führungsbeispiels der Flüssigkeitsreibungskupplung
1, von der lediglich der oberhalb einer Symmetrie
achse 3 liegende Teil dargestellt ist. Die Flüssig
keitsreibungskupplung 1 umfaßt ein hier zweiteili
ges Gehäuse 5, das ein im wesentlichen topfförmig
ausgebildetes, erstes Gehäuseteil 7 und ein zweites
Gehäuseteil 9, das teilweise vom ersten Gehäuseteil
7 aufgenommen ist, umfaßt. Das erste Gehäuseteil 7
weist radial abstehende Kühlrippen 11 auf. Am zwei
ten Gehäuseteil 9 sind mehrere Bohrungen vorgese
hen, von denen in Fig. 1 lediglich die Bohrung 13
dargestellt ist, die zum Befestigen von Lüfterflü
geln dienen, die Teil einer mit einem nicht darge
stellten Kühler eines Kraftfahrzeugs zusammenwir
kenden Lüfteranordnung sind.
Zwischen den in einem Abstand zueinander angeordne
ten Gehäuseteilen 7, 9 ist ein Arbeitsraum 15 be
grenzt, der mit viskoser Flüssigkeit, beispiels
weise Silikonöl, befüllbar ist. Im Arbeitsraum 15
ist ein mit einer Antriebswelle 17 drehfest verbun
dener, scheibenförmiger Rotor 19 angeordnet, der
auf seiner dem ersten Gehäuseteil 7 zugewandten
Seitenfläche 21 und seiner dem zweiten Gehäuseteil
9 zugewandten Seitenfläche 23 Vorsprünge 25 auf
weist, die in koaxiale Rillen 27 der ersten und
zweiten Gehäuseteile 7, 9 eingreifen und mit diesen
Scherspalte bilden. Ein weiterer Scherspalt wird
zwischen der Umfangsfläche 29 des Rotors 19 und
einer Innenwand 31 des ersten Gehäuseteils 7 gebil
det.
Die Antriebswelle 17, deren Längsmittelachse 33 mit
der Symmetrieachse 3 zusammenfällt, ist über ein
Lager 35, das hier von einem Kugellager gebildet
ist, im zweiten Gehäuseteil 9 der vorzugsweise ro
tationssymmetrischen Flüssigkeitsreibungskupplung 1
gelagert. An der dem Rotor 19 abgewandten Ende der
Antriebswelle 17 ist ein Befestigungsflansch 37
vorgesehen, über den die Antriebswelle 17 mit einem
Antrieb, beispielsweise einer Riemenscheibe, einer
Wasserpumpenwelle oder dergleichen, vorzugsweise
unter Zwischenschaltung einer elastischen Kupplung,
koppelbar ist.
Im Rotor 19 ist ein ringförmiger, koaxialer Vor
ratsraum 39 für die viskose Flüssigkeit angeordnet.
Der durch einen Deckel 41 verschließbare Vorrats
raum 39 ist über einen ersten Verbindungspfad 43
mit dem Arbeitsraum 15 und der Arbeitsraum 15 über
einen zweiten Verbindungspfad 45 mit dem Vorrats
raum 39 verbunden. Die Verbindungspfade 43, 45 sind
mit radialem Abstand voneinander und von der Längs
mittelachse 33 der Antriebswelle 17 im Deckel 41
vorgesehen. Der erste - in radialer Richtung gese
hen - außen angeordnete Verbindungspfad 43 ist hier
von einem in Richtung der Längsmittelachse 33 ver
laufenden Sackloch 47 und einer senkrecht dazu ver
laufenden, in den Vorratsraum 39 mündenden Stich
bohrung 49 und der zweite Verbindungspfad 45 von
einer parallel zum Sackloch 47 verlaufenden Durch
gangsbohrung 51 und einer senkrecht zur Durchgangs
bohrung 51 verlaufenden Stichbohrung 49' gebildet.
Der erste Verbindungspfad 43 beziehungsweise die
Stichbohrung 49 mündet unmittelbar an der Außenum
fangsfläche 53 des Vorratsraums 39, während der
zweite Verbindungspfad 45 beziehungsweise die
Stichbohrung 49' im Bereich der Innenumfangsfläche
55 des Vorratsraums 39 in diesen mündet.
Der Vorratsraum 39 ist über eine in Fig. 1 nicht
dargestellte Entlüftungsbohrung, die vorzugsweise
im Deckel 41 angeordnet ist, mit dem Arbeitsraum 15
verbunden, wodurch ein Druckausgleich möglich ist.
Außerdem ist im Rotor 19 eine Bypassöffnung 57 vor
gesehen, durch die die im Arbeitsraum 15 befindli
che Flüssigkeit über den zweiten Verbindungspfad 45
in den Vorratsraum 39 abfließen beziehungsweise ab
gepumpt werden kann. Die Bypassöffnung 57 bildet
also einen Teil des zweiten Verbindungspfads 45.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist in den Rotor 19
mindestens ein senkrecht zur Längsmittelachse 33
verlaufender, in die Bypassöffnung 57 einmündender
Rücklaufkanal 58 vorgesehen, der vom radial äußer
sten Bereich des Arbeitsraums 15 ausgeht und dort
mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten, an sich
bekannten Staukörper in Wirkverbindung steht, der
mit dem Rücklaufkanal 58 ein Rückpumpsystem bildet.
Die Flüssigkeit, die sich in dem Scherspalt zwi
schen der Umfangsfläche 29 des Rotors 19 und der
Innenwand 31 des ersten Gehäuseteils 7 befindet,
wird im Betrieb der Flüssigkeitsreibungskupplung 1
- wie mit einem Pfeil angedeutet - radial nach innen
in Richtung der Längsmittelachse 33 gefördert und
kann bei geöffnetem zweiten Verbindungspfad 45 in
den Vorratsraum 39 zurückgepumpt werden.
Die Verbindungspfade 43, 45 sind mit Hilfe einer
Ventilanordnung 59 verschließbar, die bei diesem
Ausführungsbeispiel ein mit gestrichelter Linie
dargestelltes Steuerelement 61 umfaßt, das hier von
einem nicht näher dargestellten Ventilhebel 63 ge
bildet ist. Auf der dem Arbeitsraum 15 abgewandten
Seite des Ventilhebels 63 ist ein ringförmiger Per
manentmagnet 65 angeordnet. In dem Bereich zwischen
dem Befestigungsflansch 37 und dem zweiten Gehäuse
teil 9 ist ein eine ringförmige Spule aufweisender
Elektromagnet 67 gegenüber der Antriebswelle 17 und
dem Gehäuse 5 vorzugsweise stillstehend angebracht,
der gegenüber dem in einem Abstand angeordneten
Permanentmagneten 67 einen größeren radialen Ab
stand zur Längsmittelachse 33 der Antriebswelle 17
aufweist. Mit Hilfe des Elektromagnets 67, der be
rührungslos mit dem Permanentmagneten 65 zusammen
wirkt und diesen - je nach Polung - anzieht oder ab
stößt, ist die gesamte Ventilanordnung 59 in Rich
tung der Längsmittelachse 33 in mehrere Funktions
stellungen hin und her verschiebbar (Doppelpfeil
69), worauf im folgenden anhand der Fig. 2 näher
eingegangen wird.
Sofern mit Hilfe der Ventilanordnung 59 die ersten
und zweiten Verbindungspfade 43, 45 verschlossen
sind, fließt die durch den Rücklaufkanal 58 radial
nach innen in die Bypassöffnung 57 gepumpte Flüs
sigkeit in den Scherspalt zwischen dem Rotor 19 und
dem zweiten Gehäuseteil 9 sowie über die Bypassöff
nung 57 und die Durchgangsbohrung 51 in den Scher
spalt zwischen dem Rotor 19 und dem ersten Gehäuse
teil 7 zurück. Aufgrund der auf sie einwirkenden
Fliehkräfte wird die Flüssigkeit dann wieder nach
außen gefördert. Bei geschlossenen Verbindungspfa
den 43, 45 zirkuliert also die im Arbeitsraum 15
befindliche Flüssigkeit ausschließlich innerhalb
des Arbeitsraums 15. Der Befüllungsgrad des Ar
beitsraum 15 ist in daher in der ersten Funktions
stellung der Ventilanordnung konstant und nicht von
der Antriebsdrehzahl der hier als Wellenantrieb
ausgebildeten Flüssigkeitsreibungskupplung abhän
gig. Das heißt, auch bei einer Antriebsdrehzahlän
derung bleibt die Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum
15 unverändert.
Im stromlosen Zustand des Elektromagnets 67 befin
det sich das Steuerelement 61 beziehungsweise der
Ventilhebel 63 in der in Fig. 1 dargestellten Aus
gangsstellung, die eine Mittellage ist, das heißt,
der Ventilhebel 63 ist in der Darstellung gemäß Fi
gur nach links und nach rechts verschiebbar. In der
Ausgangsstellung verschließt das Steuerelement 61
alle Verbindungspfade 43, 45 zwischen Vorratsraum
39 und Arbeitsraum 15 beziehungsweise zwischen Ar
beitsraum 15 und Vorratsraum 39. Um im stromlosen
Zustand des Elektromagnets 67 mit Hilfe der magne
tischen Kräfte eine selbständige Verlagerung des
Steuerelements 61 in seine Ausgangsstellung zu er
reichen, kann beispielsweise in der unmittelbaren
Nähe des am Ventilhebel 63 angeordneten Permanent
magnets 65 ein weiterer, in den Figuren nicht dar
gestellter Permanentmagnet vorgesehen sein, der
beispielsweise am Deckel 41 des Rotors angeordnet
ist und mit dem Permanentmagnet 65 zusammenwirkt.
Anstelle oder zusätzlich zu dem weiteren Permanent
magneten kann auch ein aus ferromagnetischem Mate
rial bestehendes Element vorgesehen sein, das eine
stabile Mittellage des Steuerelements durch ent
sprechende Polstrahlen hält. Alternativ oder zu
sätzlich können auch eine Feder oder sonstige me
chanische oder fluidtechnische Hilfsmittel einge
setzt werden, damit das Steuerelement 61 - vorzugs
weise selbständig - in seine Ausgangsstellung (erste
Funktionsstellung) verlagerbar ist.
Der Elektromagnet 67 ist thermisch nur gering bela
stet. Da die eigentliche Strombeaufschlagung des
Elektromagnets 67 nur relativ selten erfolgt und
eine gute Wärmeabfuhr der Spule realisierbar ist,
kann die Spule relativ klein gehalten werden, was
Kosten und Platz spart.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der in Fig. 1 dar
gestellten Flüssigkeitsreibungskupplung 1, nämlich
einen Querschnitt durch die Ventilanordnung 59. Das
bei diesem Ausführungsbeispiel als Schieber ausge
bildete Steuerelement 61 weist an seinem mit dem
ersten Verbindungspfad 43 zusammenwirkenden Endbe
reich ein U-förmiges Verschlußelement 71 auf, das
einen radial in den Vorratsraum 39 vorstehenden,
die Stichbohrung 49 aufweisenden Vorsprung 73 des
Deckels 41 mit Seitenwänden 75 und 77 übergreift,
so daß bei einem Verschieben des Steuerelements 61
in Richtung der Längsmittelachse 33 der Antriebs
welle 17 eine Überdeckung zwischen der Seitenwand
77 und der Stichbohrung 49 herbeiführbar ist, wo
durch der erste Verbindungspfad 43 zwischen Vor
ratsraum 39 und Arbeitsraum 15 verschlossen ist.
Das Steuerelement 61 ist an seinem dem zweiten Ver
bindungspfad 45 zugewandten Ende im wesentlichen
gleich aufgebaut wie an seinem dem ersten Verbin
dungspfad 43 zugewandten Ende und weist ein
U-förmiges Verschlußelement 71' mit einen Vorsprung
73' im Deckel 41 übergreifenden Seitenwänden 75'
und 77' auf, von denen die Seitenwand 77' in einer
definierten Stellung des Steuerelements 61 die
Stichbohrung 49' überdeckt und dadurch den zweiten
Verbindungspfad 45 verschließt. Bei einem anderen,
in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbei
spiel sind die Verschlußelemente 71, 71' nicht
U-förmig ausgebildet, sondern weisen lediglich die
zum Abdecken der jeweiligen Stichbohrung 49, 49'
notwendige Seitenwand 77 beziehungsweise 77' auf.
Die Ventilanordnung 59 weist eine nur geringe Masse
auf.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verlaufen die Stich
bohrungen 49, 49' im wesentlichen quer zur Längser
streckung der Antriebswelle 17, wobei die Stichboh
rung 49' des zweiten Verbindungspfad 45 bei diesem
Ausführungsbeispiel links von der senkrecht zur
Längsmittelachse 33 der Antriebswelle 17 verlaufen
den Achse 79 und die Stichbohrung 49 des ersten
Verbindungspfads 43 rechts von der Achse 79 in den
Vorratsraum 39 münden. Selbstverständlich können
beide Stichbohrungen 49, 49' auch auf einer Seite
der Achse 79 in den Vorratsraum 39 münden.
Die Verschlußelemente 71, 71' sind innerhalb des
Vorratsraums 39 im Rotor 19 angeordnet. Bei einer
Drehung des Rotors 19 wird der Ventilhebel 63 um
die Längsmittelachse 33 der Antriebswelle 17 ge
dreht. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist ein flieh
kraftunabhängiges Ventil geschaffen, bei dem ledig
lich die Verschiebekraft aufgebracht werden muß, um
den rotierenden Ventilhebel 63 zu betätigen bezie
hungsweise zu verlagern.
Im folgenden wird anhand der Fig. 3A bis 3C, die
jeweils eine Prinzipskizze des anhand der Fig. 1
und 2 beschriebenen Steuerelements 61 zeigen, die
Funktion der Ventilanordnung 59 näher erläutert.
In den Fig. 3A bis 3C ist das Steuerelement 61
vereinfacht als Platte dargestellt, die auf gegen
überliegenden Seiten randoffene Ausnehmungen 81 be
ziehungsweise 81' aufweist, von denen die Ausneh
mung 81 dem ersten Verbindungspfad 43 und die Aus
nehmung 81' dem zweiten Verbindungspfad 45 zugeord
net sind. Nur wenn sich eine Ausnehmung in Überdec
kung mit dem zugeordneten Verbindungspfad 43 bezie
hungsweise 45 befindet, ist dieser geöffnet, so daß
Flüssigkeit vom Arbeitsraum 15 in den Vorratsraum
39 beziehungsweise vom Vorratsraum 39 in den Ar
beitsraum 15 fließen beziehungsweise abgepumpt wer
den kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die
Ventilanordnung 59 mit Hilfe des Elektromagneten 67
in Richtung der Längsmittelachse 33 in zwei Funkti
onsstellungen verschiebbar. In der Darstellung ge
mäß Fig. 3A befindet sich die Ventilanordnung 59
in einer ersten Funktionsstellung, die vorzugsweise
eine Ausgangsstellung ist, in der die ersten und
zweiten Verbindungspfade 43, 45 verschlossen sind,
das heißt, beide Stichbohrungen 49, 49' sind vom
Steuerelement 61 abgedeckt. Es kann also weder
Flüssigkeit vom Vorratsraum 39 in den Arbeitsraum
15 oder aus dem Arbeitsraum 15 in den Vorratsraum
39 fließen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Elektromagnet in der ersten Funktionsstel
lung des Steuerelements 61 stromlos, so daß kein
Energieverlust auftritt. Um bei Bedarf eine ge
wünschte Flüssigkeitsmenge über den ersten Verbin
dungspfad 43 aus dem Vorratsraum 39 in den Arbeits
raum 15 oder über den zweiten Verbindungspfad 45
aus dem Arbeitsraum 15 in den Vorratsraum 39 ent
weichen zu lassen, wird der Elektromagnet 67 derart
strombeaufschlagt, daß der am Ventilhebel 63 ange
brachte Permanentmagnet 65 angezogen beziehungswei
se abgestoßen wird. In der Darstellung gemäß Fig.
3B befindet sich das Steuerelement 61 in seiner
zweiten Funktionsstellung, die gegenüber der ersten
Funktions(Ausgangs-)stellung (Fig. 3A) nach rechts
verschoben ist, in der nur der erste Verbindungs
pfad 43 verschlossen ist, während der zweite Ver
bindungspfad 45 vollständig offen ist. Das heißt,
die im Arbeitsraum 15 befindliche Flüssigkeit kann
in den Vorratsraum 39 einfließen, der sich dadurch
füllt. In Fig. 3C befindet sich das Steuerelement
61 in der dritten Funktionsstellung, die ausgehend
von der Ausgangsstellung (Fig. 3A) des Steuerele
ments 61 sich links davon befindet, in der nur der
zweite Verbindungspfad verschlossen ist.
Zur Steuerung/Regelung des übertragbaren Reibmo
ments der anhand der vorangegangenen Figuren be
schriebenen Flüssigkeitsreibungskupplung 1. Das von
der Flüssigkeitsreibungskupplung 1 übertragbare
Drehmoment ist unter anderem abhängig vom Befül
lungsgrad des Arbeitsraums 15, also der im Arbeits
raum befindlichen Fluidmenge. Um das übertragbare
Reibmoment zu erhöhen, muß zusätzlich Flüssigkeit
aus dem Vorratsraum 39 in den Arbeitsraum 15 einge
bracht werden. Zur Verkleinerung des Reibmoments
ist es erforderlich, Flüssigkeit aus dem Arbeits
raum 15 in den Vorratsraum 39 abzuführen. Um ein
differenzdrehzahlunabhängiges, gleichbleibendes
übertragbares Drehmoment einzustellen, muß bei
einer das gewünschte Drehmoment ausreichenden Flüs
sigkeitsmenge im Arbeitsraum 15 die Fluidverbindun
gen vom Vorratsraum 39 zum Arbeitsraum 15 bezie
hungsweise vom Arbeitsraum 15 zum Vorratsraum un
terbrochen werden, insbesondere durch Verlagerung
der Ventilanordnung in ihre erste Funktionsstel
lung. Bei einer Verlagerung der Ventilanordnung 59
in ihre zweite Funktionsstellung beginnt sich der
Vorratsraum 39 zu füllen, da über den geschlossenen
ersten Verbindungspfad 43 keine Flüssigkeit vom
Vorratsraum 39 in den Arbeitsraum 15 fließen kann.
Aufgrund des dabei abnehmenden Flüssigkeitsstands
im Arbeitsraum 15 wird auch das übertragbare
Drehmoment der Flüssigkeitsreibungskupplung 1 redu
ziert. In der zweiten Funktionsstellung der Ventil
anordnung 59 ist ein im wesentlichen vollständiges
Entleeren des Arbeitsraums 15 bei gleichzeitigem
Befüllen des Vorratsraums 39 möglich. In der drit
ten Funktionsstellung der Ventilanordnung 59 fließt
die Flüssigkeit vom Vorratsraum 39 in den Arbeits
raum 15, wobei die Flüssigkeitsmenge im Vorratsraum
39 absinkt und im Arbeitsraum 15 ansteigt, wodurch
auch das übertragbare Drehmoment der Flüssigkeits
reibungskupplung 1 ansteigt.
Besonders vorteilhaft bei der anhand der Figuren
beschriebenen Flüssigkeitsreibungskupplung 1 ist
- anders als bei der bekannten Flüssigkeitsreibungs
kupplung -, daß nicht ständig Flüssigkeit aus dem
Arbeitsraum 15 in den Vorratsraum 39 abgepumpt
wird, sondern nur nach Bedarf, also nur wenn eine
Änderung des übertragbaren Drehmoments gewünscht
ist. Aufgrund des in den Rotor 19 integrierten Vor
ratsraums 39 kann auch bei hohen Drehzahlen der An
triebswelle 17 das Zuführen einer gewünschten Flüs
sigkeitsmenge vom Vorratsraum 39 in den Arbeitsraum
15 sichergestellt werden. Somit kann ein kritischer
Betriebszustand, wie er bei der bekannten Flüssig
keitsreibungskupplung auftreten kann, nämlich wenn
bei hohen Antriebsdrehzahlen die in den Vorratsraum
zurückgeförderte Flüssigkeitsmenge größer ist als
die aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum zuführ
bare Flüssigkeitsmenge, ausgeschlossen werden.
Fig. 4A bis 4C zeigen jeweils einen Ausschnitt
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Flüssig
keitsreibungskupplung 1 mit einer anderen Ausfüh
rungsform der Ventilanordnung 59. Gleiche Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß
insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangen
Figuren verwiesen werden wird.
Zwischen dem Vorratsraum 39 im Rotor 19 und dem
nicht näher dargestellten Arbeitsraum 15 bestehen
zwei erste Verbindungspfade 43 und 43' und vom Ar
beitsraum 15 zum Vorratsraum 39 lediglich ein zwei
ter Verbindungspfad 45. Durch die Ventilanordnung
59 sind lediglich die ersten Verbindungspfade 43,
43', die unterschiedliche Abstände zur Drehachse 33
der Antriebswelle 17 aufweisen, verschließbar, so
daß in jeder Funktionsstellung der Ventilanordnung
59 ständig Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 15 über
den stets geöffneten zweiten Verbindungspfad 45 in
den Vorratsraum 39 zurückfließen kann. Die Ventil
anordnung 59 umfaßt federelastische, zungenförmige
Ventilelemente 83 und 85, von denen das Ventilele
ment 83 dem ersten Verbindungspfad 43 und das Ven
tilelement 85 dem anderen ersten Verbindungspfad
43' zugeordnet ist. Die Ventilelemente 83, 85 sind
an ihrem den Verbindungspfaden 43, 43' abgewandten
Ende miteinander verbunden, wobei im Verbindungsbe
reich der Permanentmagnet 65 angebracht ist. Das
Ventilelement 83 ist innerhalb des Vorratsraums 39,
also im Rotor 19, und das Ventilelement 85 im Ar
beitsraum 15 angeordnet. Das Verschieben der Venti
lanordnung 59 in Richtung der Längsmittelachse 33
der Antriebswelle 17 erfolgt auch hier mit Hilfe
eines Elektromagneten 67, wobei im stromlosen Zu
stand der Permanentmagnet 65 vorzugsweise selbstän
dig - wie oben beschrieben - oder mit anderen geeig
neten Mitteln in die in Fig. 4A dargestellte Aus
gangslage der Ventilordnung 59 verlagert wird, in
der beide erste Verbindungspfade 43, 43' verschlos
sen sind.
In Fig. 4A befindet sich die Ventilanordnung 59 in
einer ersten Funktionsstellung, in der beide erste
Verbindungspfade 43, 43' verschlossen sind. Der
Vorratsraum 39 wird über den zweiten Verbindungs
pfad 45 ständig nur mit Flüssigkeit aus dem Ar
beitsraum 15 gefüllt und kann daher - wie angedeu
tet - eine große Flüssigkeitsmenge aufweisen. Die
Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum 15 ist in diesem
Moment entsprechend gering. In der in Fig. 4B dar
gestellten zweiten Funktionsstellung (erster Ver
bindungspfad 43 offen, ersten Verbindungspfad 43'
verschlossen) kann praktisch die gesamte Flüssig
keit aus dem Vorratsraum 39 in den Arbeitsraum 15
abfließen, wodurch das übertragbare Drehmoment bei
gleichbleibender Antriebsdrehzahl erhöht wird. In
Fig. 4C ist die Ventilanordnung 59 in ihrer drit
ten Funktionsstellung (erster Verbindungspfad 43'
offen, erster Verbindungspfad 43 geschlossen) ange
ordnet, in der der Vorratsraum 39 soweit entleerbar
ist, bis die Höhe des sich bei rotierendem Rotor 19
an der Außenumfangsfläche 53 des Vorratsraums 39
bildenden Flüssigkeitsfilms im wesentlichen gleich
groß ist wie der Abstand H zwischen oberen Kante
der Ablauföffnung des ersten Verbindungspfads 43'
und der Außenumfangsfläche 53. In der zweiten und
dritten Funktionsstellung der Ventilanordnung 59
sind jeweils ein gleichbleibender Füllungsgrad des
Arbeitsraums 15 einstellbar, so daß bei konstanter
Antriebsdrehzahl ein unterschiedlich hohes, aber in
beiden Funktionsstellungen gleichbleibendes über
tragbares Drehmoment realisierbar ist, ohne daß da
zu - wie bei bekannten Flüssigkeitsreibungskupplun
gen erforderlich - ständig nachgeregelt werden muß.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszis
senachse die Differenzdrehzahl Δn des Antriebs der
Flüssigkeitsreibungskupplung 1, also je nach Aus
führungsform der Kupplung die Rotor- oder die Ge
häusedrehzahl, und auf der Ordinatenachse das vom
Rotor an das Gehäuse beziehungsweise vom Gehäuse an
den Rotor übertragbare Drehmoment Md aufgetragen
ist. Die Kennlinie III wird in der in Fig. 4B dar
gestellten dritten Funktionsstellung der Ventil
anordnung 59 realisiert, in der der Vorratsraum 39
weitgehend entleert wird und sich im Arbeitsraum 15
eine große Flüssigkeitsmenge befindet. Das über
tragbare Drehmoment ist daher am größten. Die Kenn
linie II entspricht der in Fig. 4C dargestellten
zweiten Funktionsstellung der Ventilanordnung 59,
in der der äußere erste Verbindungspfad 43 ge
schlossen und der andere, radial innenliegende er
ste Verbindungspfad 43' geöffnet ist, so daß der
Vorratsraum 39 nur teilweise geleert und somit der
Arbeitsraum 15 nur teilweise befüllt wird. Es
stellt sich hier ein entsprechend kleineres über
tragbares Drehmoment ein als in der in Fig. 4B
dargestellten Funktionsstellung der Ventilanord
nung. Die Kennlinie I entspricht der in Fig. 4A
dargestellten Funktionsstellung der Ventilanordnung
59, in der der Vorratsraum 39 im wesentlichen voll
ständig gefüllt ist, was bedeutet, daß der Arbeits
raum 15 entsprechend geleert ist, so daß praktisch
kein Drehmoment vom Rotor 19 an das Gehäuse 5 über
tragen werden kann. Bei Betrachtung der Kennlinien
I bis III wird deutlich, daß bei allen Funktions
stellungen der Ventilanordnung 59 das übertragene
Drehmoment unabhängig von der Differenzdrehzahl der
Antriebswelle 17 beziehungsweise des Rotors 19 ist.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß bei allen
Ausführungsbeispielen der Flüssigkeitsreibungskupp
lung 1 mit Hilfe der Ventilanordnung 59 ein diffe
renzdrehzahlunabhängiges übertragbares Drehmoment
einstellbar ist.
Claims (10)
1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit mindestens ei
nem mit einer Antriebswelle koppelbaren Rotor, der
in einem mit Flüssigkeit zumindest teilweise be
füllbaren Arbeitsraum eines Gehäuses angeordnet
ist, mit einem im Rotor angeordneten Vorratsraum
für die Flüssigkeit, wobei der Vorratsraum über we
nigstens einen ersten Verbindungspfad mit dem Ar
beitsraum und der Arbeitsraum über mindestens einen
zweiten Verbindungspfad mit dem Vorratsraum verbun
den sind, sowie mit einer Ventilanordnung, mit de
ren Hilfe der Flüssigkeitsstand im Arbeitsraum be
einflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ventilanordnung (59) derart ausgebildet ist, daß in
einer ersten Funktionsstellung der Ventilanordnung
(59) die ersten und zweiten Verbindungspfade
(43, 45) verschließbar sind.
2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Funk
tionsstellung der Ventilanordnung (59) nur der er
ste Verbindungspfad (43) zwischen Vorratsraum (39)
und Arbeitsraum (15) verschließbar ist.
3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer drit
ten Funktionsstellung der Ventilanordnung (59) nur
der zweite Verbindungspfad (45) zwischen Arbeits
raum (15) und Vorratsraum (39) verschließbar ist.
4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in der ersten Funktionsstellung der Ventilanordnung
(59) die in dem Arbeitsraum (15) befindliche Flüs
sigkeit nur innerhalb des Arbeitsraums (15) zirku
liert.
5. Flüssigkeitsreibungskupplung mit mindestens ei
nem mit einer Antriebswelle koppelbaren Rotor, der
in einem mit Flüssigkeit zumindest teilweise be
füllbaren Arbeitsraum eines Gehäuses angeordnet
ist, mit einem im Rotor angeordneten Vorratsraum
für die Flüssigkeit, wobei der Vorratsraum über we
nigstens einen ersten Verbindungspfad mit dem Ar
beitsraum und der Arbeitsraum über mindestens einen
zweiten Verbindungspfad mit dem Vorratsraum verbun
den sind, sowie mit einer Ventilanordnung, mit de
ren Hilfe der Flüssigkeitsstand im Arbeitsraum be
einflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens zwei erste Verbindungspfade (43, 43') zwischen
Vorratsraum (39) und Arbeitsraum (15) vorgesehen
sind, deren radialer Abstand zur Drehachse (33) des
Rotors (19) unterschiedlich ist, und daß die Venti
lanordnung (59) derart ausgebildet ist, daß in
einer ersten Funktionsstellung zumindest einer der
ersten Verbindungspfade (43; 43') verschließbar ist,
wobei der andere erste Verbindungspfad (43'; 43) zu
mindest teilweise geöffnet ist.
6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Funk
tionsstellung der Ventilanordnung (59) beide erste
Verbindungspfade (43, 43') verschließbar sind.
7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der ersten Funktionsstellung der
Ventilanordnung (59) die im Arbeitsraum (15) be
findliche Flüssigkeit durch den Vorratsraum (39)
hindurch zirkuliert.
8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ventilanordnung (59) mit Hilfe mindestens eines
Elektromagnets (67) betätigbar ist.
9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Füllstandsänderung des Vorratsraums (39) mit
Hilfe einer Fördereinrichtung für die Flüssigkeit
herbeiführbar ist.
10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als vormontierbare Einheit ausgebildet ist.
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DE1999140537 DE19940537A1 (de) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | Flüssigkeitsreibungskupplung |
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