DE2637694C2

DE2637694C2 - Flüssigkeitskupplung für den Antrieb eines Kühlgebläserades einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2637694C2
Application number: DE2637694A
Authority: DE
Inventors: Everett George Plainfield Ind. Blair
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-21
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPS5227959A; GB1519892A; US4004668A; DE2637694A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskupplung für den Antrieb eines Kühlgebläserades einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem umlaufenden Kupplungsgehäuse und einer hierin koaxial angeordneten und gleichsinnig umlaufenden Antriebsscheibe, die an mindestens einer Stirnseite eine Vielzahl vorstehender Ringrippen aufweist, die in entsprechende, konzentrische von vorstehenden Ringrippen des Kupplungsgehäuses gebildete Ringkanäle eingreifen, wobei in den Ringrippen der Antriebsscheibe und des Kupplungsgehäuse im wesentlichen radial gerichtete Pumpnuten für eine zwischen. Antriebsscheibe und Kupplungsgehäuse als Drehmomentübertragungsmittel befindliche Scherflüssigkeit vorgesehen ist.

Eine Flüssigkeitskupplung der vorgenannten Art ist durch die DE-OS 20 38 713 bekanntgeworden. Bei der bekannten Vorrichtung gelangt die Scherflüssigkeit durch axiale öffnungen in der Antriebsscheibe in den mit Ringrippen der Antriebsscheibe und des Kupplungsgehäuses gebildeten Scherraum und wird von den radial innen gelegenen axialen Einlauföffnungen mittels radialer, teilweise am Ende geschlossener und durch die Ringrippen der Antriebsscheibe und ggf. des Kupplungsgehäuses gelegter Pumpnuten zu den radial außen gelegenen, axialen Auslauföffnungen gefördert Dabei erfolgt der Antrieb der Scherflüssigkeit allein durch außerhalb des Scherraumes befindlicher PutTipelemente.

Bei den vorgesehenen Pumpnuten, deren Tiefe, Breite, Profil und Anzahl ggf. beliebig gewählt sein kann,

ίο handelt es sich somit ausschließlich um passive Tr^nsportkanäle.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskupplung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Scherflüssigkeit eine konstruktiv gewollte, bestimmte Strömungsbesch'.eunigun^ erteilt wird, so daß für jeden Anwendungsfall eine bestimmte Kupplungscharakteristik vorgesehen werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich au«= den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Danach sollen unterschiedliche Pumpnuten in der Antriebsscheibe einerseits und im Kupplungsgehäuse andererseits vorgesehen sein, um unabhängig einer vom Reservoir beeinflußter Füllungshöhe der Kupplung eine Strömungsbeschleunigung der Scherflüssigkeit herbeizuführen.

Bei der Erfindung haben die Pumpnuten in den Ringrippen der Antriebsscheibe einerseits und des Kupplungsgehäuses andererseits eigene Funktionen und bewirken in Kombination eine Geschwindigkeitsbeeinflussung und sind nicht nur, wie beim Stand der Technik, eine Transportlinie für die Flüssigkeit. Dies liegt in erster Linie daran, daß der Stand der Technik nirgendwo offenbart, daß in den einzelnen Gruppen von Ringrippen Pumpnuten vorgesehen sein sollen, die zueinander im Winkel stehen.

So kann der Winkel zwischen den Pumpnuten so angepaßt sein, daß er jedem gewünschten Fließverhalten der Scherflüssigkeit genügt.

Da bei den erfindungsgemäßen P-jmpnuten der Schnittwinkel beliebig wählbar ist, ist es möglich,

1. die Temperatur der Scherflüssigkeit an den Rippen und in den Ringkanälen wunschgemäß zu senken und damit die Lebensdauer der Scherflüssigkeit zu erhöhen,

2. den Wärmeübergang zwischen der Scherflüssigkeit und den Vorder- und Rückwänden des Kupplungsgehäuses 12 zu verändern,

3. eine festere Kupplungsverbindung der Kupplung beim Eintritt der Scherflüssigkeit in die Arbeitskammer 29 zu erreichen,

4. die Form der Kupplungs- Entkupplungs-Charakteristik zu steuern und

5. die Möglichkeit des Anhaftens zwischen den Seiten der Antriebsscheibe und des Kupplungsgehäuses zu vermindern, weil die inneren hydraulischen Kräfte bei erhöhtem Kreislauf der Scherflüssigkeit ausgeglichen werden.

Pumpnuten an sich sind bekannt aus den US-PS 30 02 595, 30 07 560, 27 06 547 und 27 10 680. Die Verwendung bestimmter Pumpnuten, wie sie die Erfindung vorsieht, ist hieraus jedoch nicht bekannt.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Antriebsscheibe und das zugehörige Kupplungsgehäuse ei-

ner Flüssigkeitskupplung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 eine perspektivische Explosionsansicht einander zugeordneter Ringrippen und Ringkanäle der Antriebsscheibe und des Gehäuses, und

Fig.5 bis 6 schematische Darstellungen des Strömungsverlaufes.

Das in der Zeichnung dargeste'lte Kupplungsgehäuse 10 besitzt Wandungen 12, innerhalb derer eine hierzu relativ drehbare Antriebsscheibe 14 angeordnet ist, die gleichsinnig mit dem Kupplungsgehäuse umläuft. Am Kupplungsgehäuse 10 ist ein strichpunktiert dargestelltes Gebläserad für einen Kühlradiator befestigt. Die Antriebsscheibe 14 ist in geeigneter Weise mit der in das Kupplungsgehäuse 10 hineinragenden Antriebswelle einer Brennkraftmaschine gekuppelt, wie dies schematisch in der Zeichnung dargestellt ist

Alternativ kann auch das Kupplungsgehäuse 10 mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine gekuppelt sein, wobei dann die Antriebsscheibe 14 mit dem Gebläserad verbunden sein muß. Es ist lediglich erHrderiich sicherzustellen, daß die Antriebsscheibe 14 und das Gehäuse 10 zueinander gleichsinnig aber relativ drehbar angeordnet sind.

Der dargestellte Schnitt in F i g. 1 zeigt lediglich die obere Häifte der Anordnung.

Die Zeichnung zeigt eine Anzahl von am radial äußeren Teil der einen Stirnfläche der Antriebsscheibe 14 mit radialem Abstand angeordneten konzentrischen einstückigen vorstehenden Ringrippen 16. Ferner ist eine Anzahl von entsprechenden konzentrischen Ringkanälen 18 in einem Teil der Wandung 12 des Kupplungsgehäuses 10 dargestellt Die Bereiche zwischen den Ringkanälen 18 der Gehäusewand 12 bilden wiederum vorstehende, konzentrische Ringrippen 20.

Wie F i g. 1 zeigt besteht zwischen den Ringrippen 16 und den konzentrischen Ringkanälen 18 ein beträchtlicher Abstand. In einem Behälter 22 ist eine Scherflüssigkeit, z. B. eir. : Silikonflüssigkeit vorgesehen, die durch das in F i g. 1 dargestellte temperaturgesteuerte Flatterventil radial auf beide Seiten der Antriebsscheibe 14 austreten kann. Die Übertragung des Drehmomentes durch die Scherflüssigkeit erfolgt hauptsächlich an der durch die Ringrippen 16 unterbrochenen, rechten Stirnseite der Antriebsscheibe 14. Es gibt * erschiedene Möglichkeiten zur Steuerung dieses Vorganges, wie sie in den oben genannten älteren Patentschriften im einzelnen wiedergegeben sind. Die Scherflüssigkeit gelangt dabei durch einen Kana! 24 wieder in den Behälter 22 zurück, wobei die im Kanal 24 befindliche Flüssigkeit durch eine übliche Verengung 26 getrieben wird. Die Strömungsverläufe an der Stirnseite der Antriebsscheibe sind mit 27 und 29 bezeichnet.

Die Fig.2 und 2 der Zeichnung zeigen eine entlang einer Sekante verlaufende Nut 30 quer durch die axial ausgerichtete, lotrechte Oberfläche der Ringrippen 20, wobei sich diese Nut 30 allgemein radial von der radial äußersten Ringrippe 20 und durch die verbleibenden Ringrippen 20 erstreckt. Die radial innerste Stelle der sekantenförmigen Nut 30 wird durch die radial innerste Ringrippe 20 bestimmt.

Eine zweite, ebenfalls entlang einer Sekante verlaufenden Nut 32 erstreckt sich lotrecht durch die Ringrippen 16. Wie Fig. 2 zeigt, schneiden sich die Projektionen der Nuten 30 unu 32 in einer Relativstellung, weil sie in zueinander entgegtrpesetzten Richtungen geneigt angeordnet sind.

Die Tiefe der Nuten 30 und 32 in den jeweiligen Ringrippen 20 bzw. 16 kann über weite Grenzen hin verschieden sein. Sie können daher relativ flach ausgebildet sein oder die gesamte axiale Höhe der entsprechenden Ringrippen einnehmen.

Wie F i g. 3 der Zeichnung zeigt ist in der linken Stirnseite der Antriebsscheibe 14 eine mit ausgezogenen Linien dargestellte Nut 40 angeordnet, die wiederum entlang einer Sekante verläuft. Die rechte Stirnseite des

ίο linken Teiles des Kupplungsgehäuses 12 (Fig. 1) kann ebenfalls mit einer entsprechenden sekantenförmigen Nut 42 versehen sein. Die Konstruktion der Fig.3 ist bekannt und dient lediglich zur Vervollständigung der Beschreibung der Erfindung.

Die Pumpwirkung der sekantenförmigen Nuten ist wie folgt:

Die Nuten 30, 32, 40, 42 werden als »Pumpnuten« bezeichnet weil ihre relative Drehung zwischen dem Kupplungsgehäuse 12 und der Antriebsscheibe 14 eine Bewegung der Scherflüssigkeit in allgemein radialer Richtung an der linken und rechten iiirnseite der Antriebsscheibe 14 bewirkt. Es sei daran erLvnert, daß sowohl die Antriebsscheibe 14 als auch das Kupplungsgehäuse 12 in der gleichen Richtung, jedoch mit vnterschiedlichen Drehzahlen umlaufen. Das jeweils angetriebene Element wird niemals so rasch umlaufen, wie das treibende Element Die relativen Drehzahlen sind in F i g. 2 mit gebogenen Pfeilen dargestellt. Die Nuten 30 und 32 unterstützen dabei die Strömung der Scherfiüssigkeit radial nach außen. Die Nuten 4fr und 42 dienen der gleichen Aufgabe.

Fig.4 zeigt eine teilweise perspektivische Explosionsdarstellung von einander benachbarten Ringrippen der Antriebsscheibe 14 und des Gehäuses 12. In zusammengesetztem Zustand sind diese beiden Segmente dicht aneinander angeordnet

F i g. 5 zeigt schematisch den ungefähren Strömungsverlauf der Kupplungsflüssigkeit bei einer Flüssigkeitskupplung gemäß Fig. 1, jedoch bei einer Kupplung ohne Pumpnuten. Der größte Teil der Scherflüssigkeit strömt dabei an der linken Stirnseite der Antriebsscheibe, d.h. durch den Bereich 27 radial nach außen. Ein kleiner Teil der Scherflüssigkeit fließt zwischen den miteinander zusammenwirkenden Ringrippen und Ringkanälen an der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe radial nach außen. Diese beiden Strömungen treffen sich dann am Umfang der Antriebsscheibe 14 und werden dort von einer Verengung 26 in einen Kanal 24 gezwungen, von wo sie in den Behälter 22 zurückfließen. Die relativen Größen dieser Strömungen links und rechts der Antriebsscheibe 14 sind durch die Länge der in Fig.5 dargestellten Vektoren gekennzeichnet. Die εη. der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe, wo sich die R'.ngr.ppen und Ringkanäle befinden, radial nach außen fließende, relativ geringe Flüssigkeitsmenge kann dort oft zu einer fast stagnierenden Scherflüssifckeitszone führen. Derartige stagnierende Zonen bewirken eine unerwünschte Temperatursteigerung mit entsprechendem Abbau und d°mit verbundener kürzerer Lebensdauer der Scherflüssigkeit.

Betrachtet man nun F i g. 6 der Zeichnung, so zeigen die Vektoren ζ>>7 und Q21 eine Strömungsgerchwindigkeit, die man mit der Ausführung gemäß der Erfindung erzielen kann. Es ergibt sich, daß die Wirkung der sekantenförmigen Nuten ?0 und 32 deutlich die Strömungsgeschwindigkeit entlang der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit an der linken Stirnseite erhöht. Wie bereits er-

wähnt, ist der gesamte Strömungsfluß Q natürlich der gleiche und einfach gleich der Summe der beiden Strömungen entlang den beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe 14.

Die Wirkung der sekanteniörmigen Nuten 30 und 32. die eine Erhöhung der Scherflüssigkeitsströmung auf der rechten Stirnseite der Antriebsscheibe hervorruft, verstärkt zugleich auch die Wärmeübertragung durch die Gehäusewandung 12 an die Umgebungsluft. Ändert mar> nur die Drehrichtung und nicht den Winkel der sekantenförmigen Nuten 30 und 32, so können der Vektor QiJ vergrößert und der Vektor Q^ weiter vermindert werden. Dies ist in der Praxis zwar nicht erwünscht, zeigt aber, wie sich eine Änderung der Drehbewegung auf die Strömung auswirken kann. Werden die Drehbewegungen konstant gehalten und die Winkel der sekantenförmigen Nuten verändert, so ergibt sich die gleiche Wirkung auf die Strömungsgeschwindigkeit, d. h. eine Vergrößerung des Vekiors Q2J und chic VcmVmucrüüg des Vektors Q&. So können die Strömungsgeschwindigketten beliebig vergrößert oder verringert werden, um einen optimalen Wärmeübergang von der Scherflüssigkeit auf die Gehäuseteile 12 zu bewirken. Das Prinzip kann auch auf beliebige, miteinander zusammenwirkende Vorsprünge, bzw. Rippen und Vertiefungen bzw. Kanäle angewendet werden. Somit können die sekantenförmigen Nuten gemäß der Erfindung sowohl an einer Stirnseite als auch an beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe vorgesehen sein.

Die Drehrichtung, Tiefe, Winkel und Breite dieser Nuten kann beispielsweise entweder für sich oder in Kombination verändert werden, um ein bestimmtes erwünschtes Strömungsverhalten entlang den beiden Stirnseiten der Antriebsscheibe 14 zu erzielen.

Wie F i g. 2 zeigt, fluchten die Nuten 30 und 32 jeweils miteinander, d. h. ihre entsprechenden Achsen liegen in der gleichen Sekante= Ein so!ch?s Fluchten dient zur Erleichterung der Herstellung, doch kann eine gewisse Pumpwirkung auch dann erzielt werden, wenn die Nuten in den Ringrippen 20, die die Nut 30 begrenzen, im Winkel zueinander versetzt sind. Das gleiche gilt natürlich auch für die einzelnen Nuten in den Ringrippen 16, die zusammen die Nut 32 begrenzen. Es ist ferner auch nicht notwendig, daß die Nuten 30 und 32. wie dargestellt, in entgegengesetzten Richtungen schräg zueinander verlaufen. Es ist lediglich erforderlich, daß ihre Neigungen unterschiedlich sind.

Die Pumpnuten können auch radial angeordnet sein, d. h. statt entlang einer Sekante entlang eines Radius und auch dann eine Pumpwirkung haben, wenn ihre Enden mit abgeschrägten Hohlschaufeln für die Scherflüssigkeit versehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitskupplung für den Antrieb eines Kühlgeb'iäserades einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem umlaufenden Kupplungsgehäuse und einer hierin koaxial angeordneten und gleichsinnig umlaufenden Antriebsscheibe, die an mindestens einer Stirnseite eine Vielzahl vorstehender konzentrischer Ringrippen aufweist, die in entsprechende, konzentrische, von vorstehenden Ringrippen des Kupplungsgehäuses gebildete Ringkanäle eingreifen, wobei in den Ringrippen der Antriebsscheibe und des Kupplungsgehäuses im wesentlichen radial gerichtete Pumpnuten für eine zwischen Antriebsscheibe und Kupplungsgehäuse als Drehmomentübertragungsmittel befindliche Scherflüssigkeit vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daB sowohl die Ringrippen (16) der Antriebsscheibe (14) als auch die Ringrippen (20) des Kupplungsgehäuses (10) müüjestens je eine Pumpnut (30,32) aufweisen,

daß mindestens eine Pumpnut (30, 32) unter einem Winkel zur Radialen entlang einer Sekante verläuft und

daß die Pumpnuten (30) durch die Ringrippen (16) der Antriebsscheibe (14) und die Pumpnuten (32) durch die Ringrippen (10) des Kupplungsgehäuses

(10) einen Winkel einschließen.

2. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpnuten (30, 32) entgegengesetzt zueir 'nder gerichtet sind.

3. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenrrzeichnet, oaß die Ί eile jeweils einer Pumpnut (32) durch die Ringrippen (16) der Antriebsscheibe (14) miteinander fluch.en und daß die Teile einer Pumpnut (30) durch die Ringrippen (20) des Kupplungsgehäuses (10) ebenfalls miteinander fluchten.

4. Flüssigkeitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Pumpnuten (30,32; 40,42) an beiden Seiten der Antriebsscheibe (14) sowie an den zugehörigen Seiten des Kupplungsgehäuses (10) angeordnet sind.