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Viskositätskupplung'1 Die Erfindung bezieht sich auf eine Viskositätskuplung,
besonders zum Verbinden oder Trennen des Lüfters einer Fahrzeugbrennkraftmaschine
mit einer Antriebswelle, die aus einem Kupplungsgehäuse und einer in diesem drehbar
gelagerten Kupplungsscheibe besteht, die miteinander mindestens einen Arbeitsspalt
bilden, dem zur Übertragung des Drehmomelltes aus einer zylindrischen Vorratskammer
eine viskose Flüssigkeit zugcfiihrt wird, deren hIenge in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Antriebswelle veränderbar ist.
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Derartige Kupplungen werden bei Kraftfahrzeugen dazu benutzt, die
Drehzahl des Liifters bei höheren Geschwindigkeiten, bei denen der Fahrtwind zur
Kehlung der Brennkraftmaschine ausreicht, herabzusetzen. Dadurch werden Verluste
durch die IJeistungsaufnahme des Lüfters vermieden.
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Bei einer bekannten Viskositätskupplung der obengenannten Bauart ist
der Scheibenkranz der Kupplungsscheibe am Umfang mit Fördernuten versehen, die viskose
Flüssigkeit aus dem Raum unterhalb des Scheibenkranzes ansaugen und durch den Arbeitsspalt
fördern. Da die Kupplungsscheibe mit einer Offnung versehen ist, findet eine Umwälzung
der Flilssigkeit um den Scheibex ranz statt. Der Arbeitsspalt wird dadurch reichlich
mit viskoser Flüssigkeit versorgt, so daß die Kupplungsscheibe und damit der l,iifter
mit nur geringem Schlupf mitläuft. Dadurch erhält man auch irn Bereich niederer
Antriebsdrehzahlen, beispielsweise beim Leerlauf, eine ausreichende Kühlung der
BrennIraftmaschine.
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Eine Verminderung der Drehzahl der Kupplungsscheibe und damit des
Lüfters wird dadurch erreicht, daß bei steigender i\ntriebsdrehzahl ein schwenkbarer
federbelasteter Schieber unter der Wirkung der anwachsenden Fliehkräfte die Offmlng
in der Kupplungsscheibe vers chlieftt, so daß die Umwälzung unterbrochenist und
keine Flfissig,-keit zur Ansaugseite der Fördernuten zurückfließen kann. Dadurch
wird die im Arbeitsspalt befindliche Flüssigkeitsmenge wesentlich verringert und
als Folge davon der Schlupf der Kupplungsscheibe vergrößert und die Drehzahl des
I,iifters, der bei hohen Fah rtge schwindi gkeiten nicht mehr benötigt wird, herabgesetzt.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß der große Schlupf der Kupplung infolge des teilweise
entleerten Arbeitsspaltes bei hohen Antriebsdrehzalllen eine bermäßige N\ ärmeentwicklung
in der Kupplung mit sich bringt, die zu einer Schädigung oder Zerstörung der Lager
und zur Zersetzung der Kupplungsfl(ssigkeit ffihren kann.
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Der Erfindung liegt tlic Aufgabe zugrunde, den genannten Mangel ZU
beheben und eine Viskositätskupplung zu schaffen, in der sich bei hohe Antriebs-
und niederen Abtriebsdrehzahlen keine schädliche Wärme entwickelt. Dies geschiellt
erfindungsgemäß dadurch, daß in der Vorratskammer, deren Innendurchmesser größer
als der Innendurchmesser der Arbeitskammer ist, Verdrängerkörper angeordnet sind,
die beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle aus einem in
der umlaufenden Vorratskammer gebildeten Flfissigkeitsring auftaudien und dadurch
dessen Spiegel radial so weit nach außen absenken, daß die gesamte Fliissigkeit
aus dem Arbeitsspalt in die Vorratskammer abfließt, und die beim Unterschreiten
dieser Drehzahl wieder in den Fliissigkeitsring eintauchen. Auf diese Weise kann
die gesamte Arbeitskammer der Kupplung bei hohen Antriebsdrehzalilenrasch und vollständig
von der viskosen Fltissigkeit entleert werden, so daß die beiden Kupplungsteile
ganz
voneinander getrennt sind und eine unerwünschte Erwãrmung der Kupplung ausgeschlossen
ist. Auf ebenso einfache Weise kann die Arbeitskammer beim Erreichen einer niederen
Drehzahl wieder mit Flüssigkeit gefiillt werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Verdrängerkörper
in der Vorratskammer schwenkbar gelagert und mit einem durch eine Feder belasteten
Fliehgewicht verbunden. Auf diese Weise läßt sich ohne den baulichen Aufwand besonderer
( bertragungsglieder die Leerung und Füllung der Arbeftskammer der Kupplung zuverlässig
steuern.
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Eine räumlich gedrängte Bauweise der Kupplung wird erfindungsgemäß
dadurch erzielt, daß jeder Verdrängerkörper als Teil eines Kreisringes mit rechteckiger
CQuerschnittsfläche ausgebildet ist, der in seiner einen Endlage an der zylindrischen
Stirnwand der Vorratskammer anliegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung
angegeben.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher crläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Viskositätskupplung für den Lüfter einer
Fahrzeugbretmlçraftmasclline, teilweise im Schnitt nach der Manie I-I der Fig. 2,
Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,
Fig.
3 einen Querschnitt durch diese Kupplungnach der I,inie III-III der I2ig. 1 Itnd
Fig. 4 den gleichen Querschnitt durch einen Teil dieser Kupplung in einer anderen
Betriebsstellung.
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Die Viskositätskupplung, im folgenden kurz Kupplung genannt, besteht
im wesentlichen aus einem Kupplungsgehäuse 11,in dem eine Kupplungsscheibe 12 mit
ihrer Welle 13 auf Kugellagern14 drehbar gelagert ist.
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Ein Antriebsflanseh 15 ist zenit dem Kupplungsgehäuse11 tind ein Abtriebsflansch
16 mit der Kupplungsscheibe 12 verbunden. Der Antriebsflansch 15 ist mit einer nicht
dargestellten Antriebswelle, beispielsweise der Wasserpumpenwelle der Brennkraftmaschine,
verbunden. Am Abtriebs flansch 16 wird das I,iifterrad der Brennkraftmasclline befestigt.
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Die Kupplungsscheibe 12 besteht aus einer Nabe lf, einem schmalen
Scheibenteil 18 und aus einem Scheibenkranz 19, an dessem Umfang eine verhältnismäl3ig
breite Arbeitsfläche 20 gebildet ist. Im Scheibenteil 18 sind an den Scheibenkranz
19 angrenzende Bohrungen 21 angebracht, die ein Überströmen von Flüssigkeit ermöglichen.
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Das Kupplungsgehäuse 11 setzt sich aus zwei schalenförmigen Gehäuseteilen
22 und 23 zusammell, die durch Schrauben 24 miteinander verbunden sind. Das Gehäuseteil
22 umfaßt im wesentlichen eine Vorratskammer 25, während das Gehäuseteil 23 die
Kupplungsscheibe 12 aufnimmt und eine Arbeitskammer 2(i bildet. Die Arbeitskammer
2G geht in die Vorratskammer 25 silber, die jener gegeniiber einen größeren Innendurchmesser
aufweist. Die zylindrische Innenseite der Arbeitskammer 2fi ist als Arbeitsfläche
27 ausgebildet, die der Arbeitsfläche 20 cter Kupplungsscheibe
12
gegeni,berliegt und mit dieser einen Arbeitsspalt 28 bildet.
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In die Arbeitsfläche 2, sind wendelförmige Fördernuten 29 eingearbeitet.
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In der Vorratskammer 25 sind zwei einander diametral gegenüberliegende
Verdrängerkörper 30, die jeweils mit einem Fliehgewicht 31 verbunden sind, auf Bolzen
32 schwenkbar gelagert. Jeder Verdrängerkörper 30 ist als Teil eines Kreisringes
mit rechteckiger Querschnittsfläche ausgebildet, der in seiner' einen Endlage an
der zylindrischen Stirnwand 33 der Vorratskammer 25 anliegt. Die Seitenwände 34
der Verdrängerkörper 30 liegen den Seitenwänden 35 der Vorratskammer 25 in geringem
Abstand gegenüber, so daß sie in eingetauchtem Zustand einen verhältnismäßig großen
Teil der Vorratskammer 25 ausfüllen. Die Fliehgewichte 31 sind ebenfalls in gedränater
Bauweise als Teil eines Kreisringes ausgebildet, dessen eines lande mit dem Verdrängerkörper
30 durch einen radialen Steg 3ti verbunden ist. Am anderen Ende jedes Fliehgewichte6
31 greift eine Druckfeder 37 an, die mit einem Federteller 3, in der Stirnwand 33
der Vorratskammer 25 gelagert ist. Die Druckfeder 37 versucht das Fliehgewicht 31
und damit den Verdrängerkörper 30 in seine eine Endlage zu drticken, inder dieser
an der Stirnwand 33 der Vorratskammer 25 anliegt.
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Während die Fliehgewichte 31 aus Leisen bestehen, sind die Verdrängerkörper
30 aus einer Leichtmetallegierung hergestellt. Dadurch wird erreicht, daß der gemeinsame
Schwerpunkt des mit dem Fliehgewicht 3f verbundenen Verdrängerkörpers 30 im Bereich
zwischen dem durch den Bolzen 32 gebildeten Drehpunkt und dem Auflagepunkt der Druckfeder
37 an Fliegcwicht 31 liegt. Die liliehgewichte 31 können sich dadurch nach
außen
bewegen und dabei die Verdrängerkörper 30 anheben und nach innen schwenken. Ein
Anschlagstift 39 für jedes Fliehgewidit 31 begrenzt dessen Auswärtsbewegung und
legt damit die andere Endlage des Verdrängerkörpers 30 fest.
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Die Kupplung ist zu einem Teil mit einer viskosen Flüssigkeit, z.
B.
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Silikonöl, gefüllt. Wird das Kupplungsgehäuse 11 über den Antriebsflansch
15 in Drehung versetzt, so bildet sich durch die auf die Flüssigkeitsteilchen einwirkenden
Fliehkräfte in der Arbeitskammer 26 und in der Vorratskammer 25 ein Flüssigkeitsring
40. Der zylindrische Fltissigkeitsspiegel 41 des Fltissigkeitsringes 40 nimmt bei
niederen lQntriebsdrehzahlen etwa die mit der Linie A angedeutete Lage ein, in der
der Arbeitsspalt 2E, zwischen den Arbeitsflächen 27 und 20 mit Flfissigkeit gefüllt
ist. Durch die W irkung der im Arbeitsspalt 2t, befindlichen zähen Flüssigkeit wird
die Kupplungsscheibe 12 mit einem gewissen Schlupf mitgenommen, der sich mit steigender
Antriebsdrehzahl vergrößert.
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Damit dreht sich der mit dem Abtriebsflansch 16 der Kupplungsscheibe
12 verbundene Lüfter und fördert Kiihlluft fürdie Brennkraftmaschine.
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Während des Betriebes der Kupplung wird durch die Fördernuten 29 in
der Arbeitsfläche 2. die Flüssigkeit im Arbeitsspalt 2e, in die Vorratskammer 25
gefördert und gleichzeitig am äußeren Rand des Scheibenkranzes 19, die unter diesem
befindliche Flüssigkeit angesaugt, so daß eine ständige Umwälzung der Flüssigkeit
stattfindet. Durch entsprechende Anordnung der Fördernuten 29 kann auch die entgegengesetzte
Umwälzrichtung erreicht werden.
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IMerschreitet beim Betrieb der Brennkraftmaschine die Antriebsdrehzahl
der Kupplung einen bestimmten Werts beispielsweise 3500 U/min,
so
überwinden die Fliehgewichte 31 unter der Einwirkung der anwachsenden Fliehkräfte
die Kraft der Druckfedern 37 und schwenken um die Bolzen 32 auswärts bis sie, wie
Fig. 3 zeigt, an den Anschlagstiften 39 anliegen. Gleichzeitig tauchen die Verdrängerkörper
30 fast vollständig aus dem Flüssigkeitsring 40 aus, wodurch der Elüssigkeitsspiegel
41 radial nach außen abgesenkt wird und anschließend etwa die in Fig. 1 mit der
Linie 13 bezeichnete Lage einnimmt. Da der Flüssigkeitsspiegel 41 damit radial außerhalb
des Arbeitsspaltes 28 liegt, wird dieser beim Absenken völlig von Flüssigkeit entleert,
wobei das Entleeren durch die Wirkung der Fördernuten 29 noch beschleunigt wird.
Die gesamte Flüssigkeit befindet sich damit in der Vorratskammer 25, während die
Arbeitskammer 2G, keine Flüssigkeit mehr enthält. Durch das Fehlen von viskoser
Fltissigkeit im Arbeitsspalt 2(<> zwischen den Arbeitsflächen 27 und 20 ist
die Drehmomentiibertragung zwischen dem Kupplungsgehäuse 11 und der Kupplungsscheibe
12 unterbrochen. Die Kupplung ist abgeschaltet. Das mit dem Abtriebsflanscii 1G
verbundene Lüfterrad wird nicht mehr angetrieben und nimmt dadurch keine Leistung
mehr auf, sondern dreht sich nur noch unter der Einwirkung-des Fahrtwindes mit einer
geringen Drehzahl lose mit. Die durch den großen Schlupf der Kupplungsscheibe 12
gegenüber dem Kupplungsgehäuse 11 bei hohen Drehzahlen bedingte schädliche Erhitzung
der Flüssigkeit im Arbeitsspalt 28 und damit die übermäßige Erwärmung der ganzen
Kupplung wird durch die völlige Entleerung der Arbeitskammer 26 vermieden.
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Statt der im Beispiel gezeigten zwei Verdrängerkörper können auch
drei oder mehr Verdrängerkörper angewandt werden. Es ist auch möglich, nur mit einem
Verdrängerkörper auszukommen. Die Gegenkraft für die
Fliehgewichte
kann statt durch Druckfedern auch durch Zugfedern aufgebracht werden. Die bekannten
Fördernuten können statt am Kupplungsgehäuse auch an der Kupplungsscheibe angebracht
werden. Die Fördernuten können bei der erfindungsgemäßen Kupplung auch ganz entfallen,
da die völlige Entleerung des Spaltes allein schon durch das Absenken des Flüssigkeitsspiegels
erzielt werden kann. Die Viskositätskupplung nach der Erfindung kann neben ihrer
Verwendung bei Lüftern für Brennkraftmaschinen auch als Sicherheitskupplung fiberall
dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo eine bestimmte Drehzahl eines angetriebenen
Maschinenteiles nicht iiberschritten werden soll.