DE2718723A1

DE2718723A1 - Magnetisch betaetigte viskositaetskupplung

Info

Publication number: DE2718723A1
Application number: DE19772718723
Authority: DE
Inventors: Rodney Howard Detty
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1977-11-17
Also published as: JPS6164529U; US4056178A; SE7704846L; CA1080066A; JPS6235950Y2; AU2443477A; IT1084809B; JPS52132266A; FR2349766B1; ES458530A1; AU513826B2; DE2718723C2; FR2349766A1; GB1574243A

Description

PATENTANWALT DIPL.-INC. GERHARD SCHWAN

ELFENSTRASSE 31 · D-8000 MÜNCHEN «3 9 7 1 ft 7 9 ^

76-MAR-38

Eaton Corporation 1OO Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.

Magnetisch betätigte Viskositätskupplung

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Viskositätskupplungen und betrifft insbesondere Viskositätskupplungen, die mittels eines Magnetfelds in"Abhängigkeit von Temperaturänderungen in einem überwachten Medium betätigt werden.

Die Viskositätskupplungen haben in der Automobilindustrie weite Verbreitung gefunden, um die Energie zu steuern, die erforderlich ist, um den Lüfter eines Kühlers zu drehen. Die üblichste Form einer solchen Viskositätskupplung ist die auf die Lufttemperatur ansprechende Kupplung (US-PS 3 055 473). In gewissen Anwendungsfällen ist es jedoch erwünscht, unmittelbar die Wassertemperatur im Kühler statt der Temperatur der den Kühler durchlaufenden Luft zu bestimmen. Ls wurden bereits zahlreiche Anordnungen für diesen Zweck vorgeschlagen. Dabei werden im allgemeinen pneumatisch betätigte Naß- oder Trockenscheibenkupplungen oder elektrisch betätigte Elektromagnetkupplungen verwendet. In allen diesen Fällen lassen sich die durch den Einsatz eines viskosenFluids erzielbaren Vorteile nicht erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viskositätskupplung zu schaffen, die einfach und kostensparend aufgebaut werden kann und die mittels einer Vorrichtung betätigbar ist, die unmittelbar die Wassertemperatur des Kühlers ermittelt.

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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Viskositätskupplung ein Ventilarm vorgesehen, der bei Wirksammachen eines Magnetfelds von einer Stellung, in welcher die Fluidspeicherkammer der Kupplung über eine Fluideinlaßöffnung in unmittelbarer Verbindung mit der Arbeitskammer steht, in Axialrichtung in eine Stellung bewegbar ist, in der diese Verbindung unterbrochen wird. Bekanntlich fUhren das Unterbrechen dieser Fluidverbindung und das Aufrechterhalten eines die Arbeitskammer über eine Pumpöffnung verlassenden kontinuierlichen Stroms von viskosem Fluid dazu, daß die Arbeitskammer entleert wird. Ohne in der Arbeitskammer befindliches Fluid hört die Drehmomentübertragung zwischen dem Kupplungsorgan der Kupplung und dem den Lüfter tragenden Gehäuse im wesentlichen auf. Durch Freigabe der Verbindung kann viskoses Fluid über die Einlaßöffnung von der Fluidspeicherkammer aus in die Arbeitskammer rascher einströmen, als Fluid über die Pumpöffnung aus der Arbeitskammer in die Fluidspeicherkammer übertritt. Dies gestattet eine Drehmomentübertragung von dem Kupplungsorgan über das viskose Fluid auf das den Lüfter tragende Gehäuse. Der Ventilraum wird in Abhängigkeit von der Verstellung eines Ankers bewegt, der seinerseits bei Erregen einer Spule durch eine elektromagnetische Kraft ver-

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stellt wird.

Die Unterschiede zwischen einer herkömmlichen luftbetätigten Viskositätskupplung (US-PS 3 055 473) und der Viskositätskupplung nach der Erfindung sind so klein wie möglich gehalten. Die Hauptunterschiede liegen darin, daß die drehbewegliche, temperaturabhängig ansprechende Feder durch einen axial verstellbaren Anker ersetzt ist. Die übrigen Teile der Viskositätskupplung sind im wesentlichen die gleichen. Außerhalb der Kupplung sitzen eine Spule sowie zweckentsprechende Erreger-und Schaltmittel.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in Seitenansicht einen Längsschnitt einer Viskositätskupplung nach der Erfindung.

Der verstellbaren Viskositätskupplung 10 ist ein Antrieb 12 zugeordnet, der eine Riemenscheibe 14 aufweist, die über Schrauben 20 mit einem Wellenflansch 16 und einer Nabenplatte 18 verbunden ist. Mit einem Wasserpumpengehäuse 22, das an dem (nicht veranschaulichten) Motor angebracht ist, steht eine Stummelwelle 24 in Verbindung, die ihrerseits durch einen Preßsitz mit der Nabenplatte 18 verbunden ist. Das nicht abgestützte Ende der Stummelwelle 24 reicht in eine Öffnung 26 des Wellen-

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flansches 16 hinein. Lager 28 sind in bekannter Weise vorgesehen, damit die Welle 24 sich gegenüber dem Gehäuse 22 drehen kann. Das Ende 30 der» Welle 24 dient dem Antrieb einer (nicht gezeigten) Pumpe, die Wasser durch das Kühlsystem des Motors umwälzt. Die Riemenscheibe 14 wird zweckmäßig über einen Riemen vom Motor aus angetrieben, um ihrerseits sowohl die Kupplung 10 als auch die Wasserpumpe anzutreiben.

Die Kupplung 10 weist eine Antriebswelle 32 auf, die mit dem Wellenflansch 16 einteilig verbunden ist. Die Welle 32 ist mit einem Zwischenteil 34 von verringertem Durchmesser ausgestattet, der den inneren Laufring eines Kugellagers 36 trägt. Eine an der Welle 32 ausgebildete Schulter 38 stützt das Kugellager 36 in der einen Axialrichtung ab. Ein weiterer Wellenteil 40 trägt an seinem Umfang Riefen und steht mit einem Wellenteil 42 in Verbindung.

Ein Kupplungsteil 44 weist eine Nabe 46 und eine Platte 48 mit einer Mehrzahl von konzentrischen, ringförmigen Kupplungsstegen 50 auf, die auf der Rückseite der Platte 48 ausgebildet sind. Die Nabe 46 ist mit einer durchgehenden Öffnung 52 versehen, die über einen Festsitz mit dem Wellenteil 42 verbunden ist, so daß das Kupplungsteil 44 gemeinsam mit der Welle 32 rotiert und auf dieser in Axialrichtung festgelegt ist. Die Nabe 46 wird auf die Welle aufgepreßt, bis sie an dem inneren Lauf-

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ring des Kugellagers 36 anliegt, wodurch das Kugellager in der anderen Richtung gegenüber Axialbewegungen gesichert wird.

Das Kupplungsteil 44 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 54 auf der den Stegen 50 gegenüberliegenden Stirnseite der Platte 48 versehen. Zwei einander diametral gegenüberliegende, axial gerichtete Bohrungen 56 sitzen in Radialrichtung geringfügig außerhalb der ringförmigen Stege 50 und münden in der ringförmigen Ausnehmung 54. Die ringförmigen Stege 50 münden in eine V-Nut oder sind in Form einer solchen Nut weggeschnitten, so daß zwei einender diametral gegenüberliegende, radial gerichtete Kanäle erhalten werden, die in Umfangsrichtung mit den Bohrungen 56 zusammenfallen und mit den Bohrungen 56 in Verbindung stehen. Diese Anordnung bildet in bekannter Weise einen Fluidweg, der von dem den ringförmigen Stegen 50 benachbarten Bereich über die Radialkanäle, die axial gerichteten Bohrungen 56 und die ringförmige Ausnehmung 54 führt.

Ein den Lüfter tragendes Gehäuseteil 58 weist eine Nabe 60 auf, die auf dem äußeren Laufring des Kugellagers 36 abgestützt und mit diesem über einen Festsitz verbunden ist. Eine Schulter 62 legt sich gegen die eine Stirnseite des äußeren Laufrings an und begrenzt die Bewegung des Gehäuseteils 58 in der einen Axialrichtung. Mehrere Lüfterflügel 64 sind im Bereich des Schaftes der Flügel über Schrauben 66 mit einem Abschnitt 68

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des Gehäuseteils 58 verbunden, der in einem radial mittleren Bereich liegt.

Kühlrippen (nicht gezeigt) sind auf der AuSenseite des Gehäuseteils 58 benachbart den Lüfterflügeln 64 ausgebildet. Die Kühlrippen sind so angeordnet, daß sie für zusätzliche Kühlflächen sorgen, um Wärme abzuführen, die in der Kupplung erzeugt wird.

Mehrere konzentrische ringförmige Stege 70 sind mit dem Gehäuseteil 58 einteilig verbunden. Die Stege 70 überlappen sich in Axialrichtung mit den ringförmigen Stegen 50, wobei zwischen den Stegen 50,70 eine Fluidarbeitskammer gebildet wird. Die Stege 50 und 70 sind so ausgebildet, daß bei Eindringen von Öl oder einem anderen viskosen Fluid zwischen die Stege Drehmoment durch Fluidscherkräfte von einem auf das andere Bauteil übertragen werden kann (US-PS 2 948 268).

Eine Abdeckplatte 74 und eine Ventilplatte 76 begrenzen gemeinsam eine Fluidspeicherkammer 78. Die Ventilplatte 76 wird in einer ringförmig abgesetzten Ausnehmung des Gehäuseteils 58 aufgenommen, um die Ventilplatte in Seitenrichtung festzulegen. Die Abdeckplatte legt sich gegen den Umfangsteil der Ventilplatte 76 entlang einer Ringfläche an, wodurch die Ven— tilplatte 76 in beiden Axialrichtungen festgelegt wird.

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Der Umfangsteil der Abdeckplatte 74 steht mit dem Gehäuseteil 58 über eine ringförmige Umbördelung 80 in fester Verbindung. Ein O-Ring 82 ist in einer ringförmigen Ausnehmung angeordnet, um das Fluid innerhalb des Arbeitsbereichs zu halten und ein Auslecken von Fluid zu verhindern.

Die Ventilplatte 76 weist ferner einen vertieften Abschnitt 84 auf, der in die Ausnehmung 54 des KupplungsteiIs 44 paßt und sich in Radialrichtung über die Mündung der Bohrungen 56 erstreckt. Wie bekannt (US-PS 3 055 473), wird viskoses Fluid in der Arbeitskammer unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft durch die Radialkanäle hindurch zu den axial verlaufenden Bohrungen 56 und in die ringförmige Ausnehmung 54 getrieben. Dort sorgt der vertiefte Abschnitt 54, während der Drehung des Kupplungsteils 44 entlang seiner Vorderkante für die Ausbildung eines Hochdruckbereiches. Eine (nicht gezeigte) Öffnung ist in der Ventilplatte 76 ausgebildet, um Fluid aus der Hochdruckzone heraus in die Fluidspeicherkammer 78 zu leiten.

Ein Drehen der Welle 32 führt zu einer Drehbewegung des Kupplungsteils 44. Befindet sich in der Arbeitskammer ein viskoses Fluid, wird für einen Viskositätsantrieb zwischen dem Kupplungsteil 44 und dem Gehäuseteil 58 gesorgt; das Gehäuseteil wird zusammen mit dem Kupplungsteil gedreht. Bei der veranschaulichten Ausführungsform treten die Antriebskräfte zum

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- 12 überwiegenden Teil im Bereich der Stege 50 und 70 auf.

Die Ventilplatte 76 ist ferner mit einer Öffnung 86 versehen, die radial in Abstand von der Drehachse der Welle 32 liegt und Fluid von der Speicherkammer 78 in die Arbeitskammer übertreten läßt. Die Öffnung ist vorgesehen, damit unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei Drehung des Gehäuseteils 58 viskoses Fluid von der Fluidspeicherkammer zurück in die Arbeitskammer gelangt. Zweckentsprechende Bohrungen können in dem Kupplungsteil 44 ausgebildet sein, damit das Viskosefluid zu beiden axialen Stirnflächen des Kupplungsteils strömen kann,

Ein Ventilarm 88 ist in Axialrichtung zwischen einer in Fig.1 veranschaulichten ersten Stellung und einer zweiten Stellung verstellbar, in der ein Außenabschnitt 90 die Öffnung 86 abdeckt und verhindert, daß Fluid von der Fluidspeicherkammer 78 zu der Arbeitskammer strömt. In der zweiten Stellung des Ventilarms 88 unterstützt die Zentrifugalkraft des Fluids.in der Fluidspeicherkammer die dichtende Anlage des Außenabschnitts 90 des Ventilarms 80 an der Ventilplatte 76.

Die Ventilplatte 76 ist mit einer axial gerichteten Öffnung 92 versehen. Ein Anker 94, der aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise Stahl, gefertigt ist, ragt durch die Öffnung 92 der Ventilplatte hindurch und trägt eine Schul-

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ter 96. Aufgrund des Gleitsitzes des Ankers 94 in der Öffnung 92 und der Wirkung der Schulter 96 wird für eine Teilabdichtung zwischen der Fluidspeicherkammer 78 und der Arbeitskammer gesorgt. Während des Betriebs der Kupplung 10 befindet sich jedoch das viskose Fluid radial nach außen in Abstand von der Öffnung 92. Eine Schraubenfeder 98 umfaßt den Anker 94; sie sitzt zwischen dem Ventilarm 88 und der Ventilplatte 76. Die Feder spannt den Anker in Fig. 1 nach links vor. Die Welle 32 ist vorzugsweise nach außen um das Kupplungsteil 44 herum erweitert, um das Festlegen des Kupplungsteils mit Bezug auf die Welle zu unterstützen. Die Welle 32 ist aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise Stahl, gefertigt. Der Abstand zwischen dem äußeren Endabschnitt der Welle 32 und der Schulter 96 des Ankers 94 ist aus den im folgenden noch erörterten Gründen möglichst klein gehalten.

Eine elektrische Spule 100 umfaßt das Gehäuse 22. Die Spule 100 ist über Leitungen 102 und 104 mit einer Stromwelle 106 verbunden, um die Spule mit Strom zu beaufschlagen. Ein schematisch dargestellter Schalter 108 bekannter Bauart sitzt im Kühler des Fahrzeugs und wird benutzt, um die Spule zu erregen, wenn die Temperatur des Wassers im Kühler einen vorbestimmten Wert übersteigt. Bei Erregen der Spule 100 wird über das Gehäuse 22 und die Welle 32 ein Magnetfeld ausgebildet. Die auf diese Weise erhaltene Magnetkraft zieht den Anker 94 in Fig.1

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nach rechts in Richtung auf die Welle 32. Bei dieser Zugkraft handelt es sich um eine Elektromagnetkraft. Bei Verstellen des Ankers 94 in Richtung auf die Welle 32 bewegt sich der Außenabschnitt 90 des Ventilarms 88 von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung, in welcher er die Öffnung 86 in der Ventilplatte 76 abdeckt.

Vorzugsweise berührt die Schulter 96 die Welle 32 nicht. Eine solche Berührung würde zu einem Reibeingriff führen, der für die Lebensdauer der Kupplung nachteilig ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird die Berührung dadurch verhindert, daß sich der Außenabschnitt 90 zuvor gegen die Ventilplatte 76 anlegt.

Die Ventilplatte 76, das Kupplungsteil 44 und das Gehäuse sind aus nicntmagnetischen Werkstoffen, beispielsweise Aluminium, gefertigt. Dadurch wird eine Verminderung der Stärke des von der Spule 100 ausgebildeten Magnetfelds verhindert.

Die Spule 100 kann auch an anderer Stelle angeordnet sein, beispielsweise die Welle 32 umfassen oder unmittelbar auf der Welle 32 sitzen, wobei die elektrische Verbindung über Schleifringe hergestellt wird.

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Der Anker 94 ist vorzugsweise mit der Drehachse der Welle ausgerichtet, um bei seiner Betätigung keine Zentrifugalkraft wirksam werden zu lassen. Aus diesem Grund erfolgt vorzugsweise ein Unwuchtausgleich für den Ventilarm 88 mit Bezug auf die Achse der Welle 32 über einen Abschnitt 110.

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Claims

Ansprüche :

Θ-Viskositätskupplung gekennzeichnet durch

A. ein erstes Bauteil;

B. ein zweites Bauteil, das gegenüber dem ersten Bauteil drehbar angeordnet ist;

C. auf dem ersten und dem zweiten Bauteil sitzende Scherflächen, die zwischen sich eine Arbeitskammer bilden;

D. eine benachbart der Arbeitskammer angeordnete Fluidspeicherkammer;

E. ein wahlweise zur Wirkung bringbares Magnetfeld;

F. eine Ventilcnordnung, die für eine wahlweise Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Arbeitskammer sorgt und ein in Abhängigkeit von einem Wirksammachen des Magnetfelds von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegbares Ventilorgan aufweist, wobei in der einen Stellung eine Verbindung zwischen der Speicherkammer und der Arbeitskammer besteht, während diese Verbindung in der anderen Stellung unterbrochen ist;

G. ein innerhalb der Speicherkammer befindliches Fluid, das wahlweise in die Arbeitskammer verdrängbar ist,, wenn das Ventilorgan in der einen Stellung steht, um in der Arbeitskammer ein Medium zum Übertragen der Drehbewegung von einem der Bauteile auf das andere Bauteil verfügbar zu machen; und

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ORIGINAL INSPECTED

H. eine in der Arbeitskammer sitzende Pumpanordnung zum Verdrängen des Fluids aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer.
2. Viskositätskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile in Radialrichtung angeordnet und um eine gemeinsame Achse drehbar sind, die Kammern in Axialrichtung entlang der Achse angeordnet und mittels einer radial verlaufenden Ventilplatte voneinander getrennt sind, die eine von der Drehachse radial abliegende Öffnung aufweist, und daß das Ventilorgan in der Ventilplatte axial bewegbar ist und einen radial verlaufenden Ventilarm aufweist, der von einer die Öffnung abdichtenden Lage bei in der einen Stellung befindlichem Ventilorgan in eine von der Öffnung in Abstand liegende Lage bewegbar ist, wenn das Ventilorgan in der anderen Stellung steht.
3. Viskositätskupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Ventilarm in von der Ventilplatte wegführender Axialrichtung vorspannt.
4. Viskositatskupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt ist, die Bauteile auf einer aus einem magnetischen Werkstoff gefertigten Welle angeordnet sind, mittels des Magnetfelds die Welle

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magnetisierbar ist und der Ventilarm einen Magnetanker aufweist.
5. Viskositätskupplung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine den Anker axial von der Welle weggerichtet vorspannende Einrichtung und eine Einrichtung, die den Axialcbstand, um den der Anker von der Welle weg vorgespannt wird, auf einen Wert begrenzt, der ein Anziehen des Ankers zu der Welle bei Wirksammachen des Magnetfelds erlaubt.
6. Viskositätskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan in einer der Stellungen steht, wenn der Anker in Abstand von der Welle liegt, und sich in der anderen Stellung befindet, wenn der Anker durch Wirksammachen des Magnetfelds in Richtung auf die Welle gezogen wird.

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