DE2745936A1

DE2745936A1 - Viskositaets-stroemungsmittelkupplung

Info

Publication number: DE2745936A1
Application number: DE19772745936
Authority: DE
Inventors: Thomas H Tinholt
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1978-04-13
Also published as: BR7706797A; JPS5348167A; US4064980A; GB1561934A; IT1084800B; FR2367945A1

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. · 8000 MÜNCHEN 22

KARL H. WAGNER GEWORZMÜHLSRASSE 5

POSTFACH 246

12. Oktober 1977

2745936 ⁷⁷-^£-²⁹³²

EATON CORPORATION, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.

Viskositäts-Strömungsmlttelklupplunq

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viskositäts-Strömungsmittelkupplung, und zwar insbesondere auf solche Kupplungen, die in der Lage sind,mehr als ein Verhältnis von Ausgangsdrehzahl zu Hauptantriebsdrehzahl vorzusehen.

Wie man aus der folgenden Beschreibung erkennt, kann die Erfindung vorteilhafterweise bei Strömungsmittelkupplungen für verschiedene Anwendungsfälle verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch insbesondere zweckmäßig bei einer Viskositäts-Strömungsmittelkupplung, die zum Antrieb des Kühlerventilators eines Fahrzeugmotors dient und die Erfindung wird deshalb unter Bezugnahme darauf beschrieben.

Dem Fachmann auf dem Gebiet des Viskositäts-Ventilatorantriebs ist es bekannt, daß es erwünscht ist, einen Ventilatorantrieb vorzusehen, der ein hohes Drehzahlverhältnis (d.h. Verhältnis von Ausgangs- oder Ventilatordrehzahl zu Eingabe- oder Motordrehzahl) bei niedrigen Motordrehzahlen vorsieht, wenn die geringste Luftmenge infolge der Fahrzeugbewegung durch den Kühler gedrückt wird.

Es wurde auch bereits erkannt, daß es bei Anstieg der Motordrehzahl erwünscht ist, das Drehzahlverhältnis zu verringern, die Verminderung dieses Drehzahlverhältnisses des Ventilatorantriebs

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bei höheren Motordrehzahlen ist auch zweckmäßig, um den Wärmeaufbau innerhalb des Ventilatorantriebs zu vermindern.

Diese Erkenntnis der Notwendigkeit eines Ventilatorantriebs mit mehr als einem Drehzahl- oder Antriebsverhältnis wird durch US-PS 3 444 748 veranschaulicht. Dort ist ein Ventilatorantrieb beschrieben, der eine Strömungsmittelkupplung besitzt, die ein höheres Verhältnis bei niedrigeren Motordrehzahlen vorsieht, wobei eine Uberlaufkupplung niedrigere Verhältnisse bei höheren Motordrehzahlen vorsieht. Der in dem genannten Patent gezeigte Ventilatorantrieb sieht jedoch keine Mittel für das Aussereingriff bringen dann vor, wenn die Lufttemperatur innerhalb des Motorraumes von solcher Art ist, daß der Betrieb des Ventilators nicht erforderlich ist. Ferner kann der Ventilatorantrieb des genannten Patentes nicht einfach abgewandelt werden, um ein temperaturabhängiges Aussereingriffbringen bei höheren Motorendrehzahlen vorzusehen, bei denen es eine direkte mechanische Verbindung oder den Antrieb vom Eingang zum Ventilator über die Uberlaufkupplung gibt.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Viskositäts-Ventilatorantrieb vorzusehen, der ein relativ höheres Drehzahlverhältnis bei niedrigen Motordrehzahlen und ein relativ niedrigeres Drehzahlverhältnis bei höheren Motordrehzahlen aufweist, und zwar mit einem glatten übergang von einem Verhältnis zum anderen. Die Erfindung sieht ferner einen derartigen Viskositäts-Ventilatorantrieb vor, bei dem das Drehmoment vom Eingang zum Ausgang durch Viskositätsscherbeanspruchung über den gesamten Bereich der Betriebsdrehzahlen des Antriebs hinweg übertragen wird. Die Erfindung sieht ferner einen Viskositätsventilatorantrieb vor, der die obigen Ziele erreicht und zudem dann außer Eingriff gebracht werden kann, wenn der Betrieb des Ventilators nicht erforderlich ist, wodurch eine beträchtliche Menge an Motorleistung und Energie eingespart wird.

Die obigen sowie weitere Ziele der Erfindung werden erreicht durch das Vorsehen einer Viskositätsströmungsmittelkupplung mit einem Ausgangskupplungsglied, welches eine Niederdrehzahl (d.h. niedere Motordrehzahl)-Strömungsmittelkammer und eine

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Hechdrehzahl (d.h. hohe Motordrehzahl)-Strömungsmittelkammer definiert. Ein erstes Eingangs- oder Antriebskupplungsglied ist drehbar innerhalb der Niederdrehzahl-Kammer angeordnet und ein zweites Eingangs- oder Antriebskupplungsglied ist drehbar innerhalb der Hochdrehzahl-Kammer angeordnet. Die Kupplung umfaßt ferner Mittel zur übertragung einer gegebenen Motordrehzahl in eine Drehgeschwindigkeit X des ersten Eingangskupplungsglieds und in eine Drehgeschwindigkeit Y des zweiten Eingangskupplungsgliedes, wobei die Geschwindigkeit X größer ist als die Geschwindigkeit Y für gegebene Motordrehzahl. Erste Mittel sehen eine Menge an viskosem Strömungsmittel in der Niederdrehzahl-Strömungsmittelkammer vor unterhalb einer gewissen Motordrehzahl, um Drehmoment von dem ersten Antriebskupplungsglied zum Antrieb des Ausgangsoder Abtriebskupplungsglieds mit einer Drehgeschwindigkeit A zu übertragen, die kleiner ist als X, aber größer als Y. Zweite Mittel sehen eine Menge an viskosem Strömungsmittel in der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer oberhalb der bestimmten Motordrehzahl vor, um Drehmoment vom zweiten Eingangskupplungsglied zum Antrieb des Ausgangskupplungsglieds mit einer Drehgeschwindigkeit B zu übertragen, die kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit Y.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Viskositäts-Strömungsmittelkupplung;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Teil der Fig.1;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2, und zwar auf dem gleichen Maßstab, wobei ein erfindungsgemäßer Betriebszustand dargestellt ist;

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Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 3, wobei hier ein

unterschiedlicher Betriebszustand der Erfindung gezeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ventilatordrehzahl abhängig von der Motordrehzahl.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Viskositäts-Strömungsmittelkupplung, die einen Teil eines Gesamtventilatorantriebssystems bildet. Ein nicht gezeigter Primärantrieb, typischerweise der Fahrzeugmotor, treibt eine Kurbelwelle 11 an, auf der ein Paar von Riemenscheiben 13 und 15 befestigt sind. Die Riemenscheiben 13 und 15 übertragen das Drehmoment vom Primärantrieb auf ein Paar von Riemenscheiben 17 bzw. 19 mittels eines Paares von V-Riemen 21 bzw. 23. Bekanntermaßen ist die Riemenscheibe 13 etwas größer als die Riemenscheibe 15 und Riemenscheibe 17 ist etwas kleiner als Riemenscheibe 19, mit dem Ergebnis, daß die Riemenscheibe 17 eine wesentlich größere Drehgeschwindigkeit als die Riemenscheibe 19 besitzt.

Die Riemenscheiben 17 und 19 erzeugen die Dreheingangsgrößen zur im ganzen mit 25 bezeichneten Viskositäts-Strömungsmittelkupplung, an welcher beispielsweise durch eine Vielzahl von Bolzen 29 ein Kühlventilator 27 für den Kühler befestigt ist.

Die Viskositätsströmungsmittelkupplung 25 weist eine im ganzen mit 31 bezeichnete Ausgangskupplungsanordnung auf, die aus einem vorderen Abdeckglied 33, einem hinteren Abdeckglied 35 und einem Unterteilungsglied 37 besteht, welch letzteres zwischen den vorderen und hinteren Abdeckgliedern 33 und 35 angeordnet ist. Das vordere Abdeckglied 33 und das Unterteilungsglied 37 definieren eine Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39, während das Unterteilungsglied 37 und das hintere Abdeckglied 35 bei der Definition einer Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 zusammenwirken. Die Glieder 33, 35 und 37 sind benachbart zu ihren Umfangen durch ein Paar von O-Ringen 43 und 45 abgedichtet und werden in dichter Abdichtberührung

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mittels einer Vielzahl von Bolzen 47 gehalten.

Hinsichtlich des Eingabeteils des Antriebssystems der Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß die Riemenscheibe 19 mittels einer Vielzahl von Bolzen 49 an einer ringförmigen Befestigungsplatte 51 und einem Flanschteil 53 der Antriebswelle 55 befestigt ist. Sowohl die Tragplatte 51 als auch die Antriebswelle 55 sind drehbar auf einer Stummelwelle 57 gelagert, wobei die Stummelwelle 57 typischerweise von einem weiteren Fahrzeugmotorzubehör, beispielsweise eine Wasserpumpe 59, wegragen kann.

Die Riemenscheibe 17 steht in Antriebseingriff mit einem Drehmomentübertragungsglied 61, welches einen Nabenteil 63 aufweist, der drehbar auf der Antriebswelle 55 mittels eines Satzes von Rollenlagern 65 gelagert ist. Das Drehmomentübertragungsglied 61 weist auch einen Ringteil 67 auf, der um den äußeren Laufring eines geeigneten Lagersatzes 69 herum angeordnet ist wobei dessen innerer Laufring auf einem einen verminderten Durchmesser aufweisenden Teil der Antriebswelle 55 sitzt. In Antriebseingriff mit dem ringförmigen Teil 67 befindet sich ein scheibenartiges Antriebs- oder Eingangskupplungsglied 71, angeordnet innerhalb der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41. Auf dem einen verminderten Durchmesser aufweisenden Teil der Antriebswelle 55 sitzt ebenfalls der Innenlaufri.;g eines geeigneten Lagersatzes 73, dessen äußerer Laufring nnerhalb einer Mittelöffnung des Unterteilungsgliedes 37 angeordnet ist.

In Antriebseingriff mit dem vorderen (in Fig. 1 linken) Ende der Antriebswelle 55 befindet sich ein Eingabe- oder Antriebskupplungsglied 75, welches drehbar innerhalb der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 angeordnet ist. Man erkennt somit, daß sich das Antriebskupplungsglied 71 mit der gleichen Geschwindigkeit dreht wie die Riemenscheibe 17, während das

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AO

Antriebskupplungsglied 75 sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Riemenscheibe 19 dreht, und dass jedes der Geschwindigkeits- oder Drehzahlverhältnisse der Antriebskupplungsglieder 71 und 75 zur Kurbelwelle 11 konstant ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der Riemenscheiben 13, 15, 17 und 19 derart ausgewählt, daß das Antriebskupplungsglied mit einem Verhältnis von 1,5 zu 1 angetrieben wird, während das Antriebskupplungsglied 75 mit einem Verhältnis von 1,0 zu 1 angetrieben wird, was man auch aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 erkennt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf irgendwelche speziellen Eingabedrehzahlverhältnisse oder irgendwelche anderen speziellen Beziehungen zwischen den Verhältnissen beschränkt ist, sondern daß vielmehr ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin besteht, daß zwei gesonderte Eingabekupplungsglieder vorgesehen sind, von denen das eine die Drehgeschwindigkeit X für eine gegebene Motordrehzahl besitzt, während das andere eine Drehgeschwindigkeit Y für irgendeine gegebene Motorgeschwindigkeit aufweist, wobei die Drehgeschwindigkeit X wesentlich größer als die Drehgeschwindigkeit Y ist.

Eine Ventilplatte 77 wird in festen Eingriff mit dem vorderen Abdeckglied 33 gehalten und arbeitet mit diesem zur Bildung einer Strömungsmittelreservoirkammer 79 zusammen. Die Ventilplatte 77 trennt die Strömungsmittelsreservoirkammer 79 von der Hochgeschwindigkeitsströmungsmittelkammer 39 und definiert eine (nicht gezeigte) Füllzumeßöffnung, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist, so daß es möglich ist, das Strömungsmittel von der Reservoirkammer 79 zu der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 und auch zur Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 fließt, und zwar über eine öffnung 81 in dem Trenn- oder Unterteilungsglied 37.

Bei üblichen Viskositäts-Strömungsmittelkupplungen ist es möglich, die Kupplung dadurch außer Eingriff zu bringen, daß man den Strömungsmittelfluß zu der Arbeitskammer einschränkt oder verhindert und dies geschieht typischerweise automatisch infolge eines vorbestimmten Zustandes, wie beispielsweise dann, wenn die Umgebungsluft außerhalb der Kupplung sich unterhalb

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einer vorbestimmten Temperatur befindet. In ähnlicher Weise ist es ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Kupplung, daß sie an irgendeinem Punkt über ihren gesamten Geschwindigkeitsbereich hinweg außer Eingriff gebracht werden kann, und zwar infolge des Auftretens einer vorbestimmten Bedingung oder eines vorbestimmten Zustandes. Obwohl dieses Außereingriffbringen der Viskositäts-Strömungsmittelkupplung 25 im Rahmen der Erfindung entweder manuell oder automatisch und infolge irgendeiner Anzahl von Bedingungen oder Zuständen auftreten kann, so wird es doch vorgezogen, daß die Außereingriffbringung temperaturabhängig geschieht, und die folgende Beschreibung nimmt auf einen solchen Fall Bezug. Ein Ventilarm 83 ist drehbar benachbart zur Ventilplatte 77 angeordnet, um den Strömungsmittelfluß durch die zuvor erwähnte Füllzumeßöffnung in bekannter Weise zu steuern. Der Ventilarm 83 ist am einen Ende einer Ventilwelle oder eines Schafts 85 befestigt, der drehbar innerhalb einer Nabe gelagert ist, die durch das vordere Abdeckglied 33 gebildet wird. Das Aussenende der Ventilwelle 85 definiert einen Schlitz, der ein Ende einer Bimetallspirale 87 aufnimmt, während das andere Ende der Spirale 87 bezüglich des vorderen Abdeckglieds 33 mittels eines Bügelgliedes 89 festgestellt ist, welches mit dem Abdeckglied 33 verschweißt sein kann.

Das vordere Abdeckglied 33 bildet einen Auslaßdurchlaß 91, der Rücklauf- oder Auslaßströmungsmittel von der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 mit der Reservoirkammer 79 verbindet. Benachbart zur öffnung des Auslaßdurchlasses 91 in die Reservoirkammer 79 befindet sich ein hohles rohrförmiges Glied 93, welches sich radial nach innen zur Drehachse der Strömungsmittelkupplung hin erstreckt. Wenn die Kupplung rotiert und das Strömungsmittel in der Reservoirkammer 79 in der in Fig. 1 gezeigten Position durch die Zentrifugalkraft gehalten wird, so besteht der Zweck des Rohrglieds 93 darin, sich radial nach innen über den Strömungsmittelpegel hinaus zu erstrecken, um zu verhindern oder mindestens zu minimieren, daß Strömungsmittel im Reservoir 79 radial nach aussen durch den Auslaßdurchlaß 91 fließt. Ein Auslaßdurchlaß 95 verbindet das Rücklauf- oder Austrittsströmungsmittel von der

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Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 mit der Reservoirkammer 79.

Aus den vergrößerten Teilansichten der fig. 2 und 3 kann man in Verbindung mit Fig. 1 erkennen, daß das Unterteilungsglied 37 einen Strömungsmitteldurchlaß 97 definiert, der eine Verbindung zwischen Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 und Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 herstellt. Wie man am besten in Fig. 3 erkennt, öffnet sich der Strömungsmitteldurchlaß 97 in eine Pumpennut 99, wobei die Funktion des Durchlasses 97 und der Nut 99 im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Es sei nunmehr auf die Arbeitsweise der Erfindung eingegangen. Für die folgende Beschreibung der Arbeitsweise der Viskositäts-Strömungsmittelkupplung 25 sei angenommen, daß die Bimetallspirale 87 einer Temperatur oberhalb des Minimalwerts, der die Notwendigkeit der Kühlung anzeigt, sich befindet, so daß der Ventilarm 83 sich in einer Position befindet, in der der Strömungsmittelfluß von der Strömungsmittelreservoirkammer 7 9 in die Hochgeschwindigkeit s- und Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammern 39 und 41 nicht in merklicher Weise eingeschränkt wird.

Auf dem Gebiet der Viskositäts-Strömungsmittelkupplungen ist es bekannt, Drehmoment von einem Eingangs- oder Antriebsglied auf ein Ausgangs- oder Abtriebsglied mittels der Viskositäts-Scherbeanspruchung oder Viskositäts-Scherwiderstandes zu übertragen, und zwar ausgeübt auf das Abtriebsglied infolge der Drehung des Antriebsglieds. Die Fähigkeit zur Drehmomentübertragung durch ein viskoses Strömungsmittelmedium steht mit einer Anzahl von Faktoren einschließlich der Scherfläche in Beziehung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden Eingangskupplungsglied 75 und vorderes Abdeckglied 3 3 eine Vielzahl von ringförmigen ineinandergreifenden Stegen und Nuten, wobei eine solche Anordnung in der Technik bekannt ist und üblicherweise aus Gründen einer maximalen Scherfläche verwendet wird. Andererseits steht das Antriebskupplungsglied 71 lediglich mit seinen entgegengesetzt angeordneten flachen Oberflächen in einer dicht benachbarten Beziehung zu den benachbarten Ober-

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flächen des hinteren Abdeckglieds 35 und des Unterteilungsglieds 37. Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Form der Antriebskupplungsglieder oder der Abtriebskupplungsglieder oder der dazwischen definierten Scherfläche beschränkt ist. Vielmehr kann im Rahmen der Erfindung jede vernünftige Form der Kupplungsglieder und der Scherflächen verwendet werden, die in der Lage sind. Drehmoment mittels eines Viskositäts strömungsmittels zu übertragen.

Wenn die Motordrehzahl anfängt, anzusteigen (Fig. 5), so fließt Strömungsmittel von der Reservoirkammer 79 in die Hochgeschwindigkeit s-Strömungsmittelkammer 39, und, teilweise wegen des Widerstands gegenüber dem Strömungsmittelfluß infolge der Stege und Nuten, fließt ein Hauptteil des in die Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 eintretenden Strömungsmittels radial nach aussen zwischen Antriebskupplungsglied 75 und Unterteilungsglied 37. Das sich mit der Drehgeschwindigkeit X bewegende Antriebskupplungsglied 71 übt einen Viskositätszug aus, um die Abtriebskupplungsanordnung 31 mit einer Drehgeschwindigkeit A anzutreiben, die kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit X des Antriebskupplungsgliedes 71, aber größer als die Drehgeschwindigkeit Y des Antriebskupplungsgliedes 75. Dies ist in Fig. 5 im "Niedriggeschwindigkeits"-Bereich (d.h. niedrige Motordrehzahl oder Motorgeschwindigkeit) dargestellt, wobei die Zeichnung Punkte der Geschwindigkeit des Antriebskupplungsgliedes 71 (und Riemenscheibe 17) und Antriebskupplungsglieds 75 (und Riemenscheibe 19) zeigt. Ebenfalls ist eine Kurve eingetragen, welche die Geschwindigkeit der Abtriebskupplungsanordnung 31 (und des Ventilators 27) zeigt.

Aus Gründen der folgenden Erläuterungen sei angenommen, daß sich sämtliche Komponenten im Uhrzeigersinn verdrehen, und zwar wie in Fig. 1 von links, sowie in den Fig. 3 und 4 zu sehen. Auf der graphischen Darstellung der Abtriebsgeschwindigkeit der Kupplungsanordnung 31 und des Ventilators 27 ist ein repräsentativer Punkt ausgewählt und mit "F.3" entsprechend der Ansicht gemäß Fig. 3 bezeichnet. Am Bezugspunkt F.3 ist die Motordrehzahl 1000 Umdrehun-

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gen pro Minute. Daher ist die Drehzahl des Antriebskupplungsglieds 7 5 1000 Umdrehungen pro Minute und die Drehzahl des Antriebskupplungsglieds 71 ist 1500 Umdrehungen pro Minute, während die Drehzahl (Geschwindigkeit) der Abtriebsanordnung 31 ungefähr 1340 Umdrehungen pro Minute beträgt. Unter diesen Bedingungen rotiert das Strömungsmittel in der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 mit einer Geschwindigkeit irgendwo zwischen 1000 Umdrehungen pro Minute und 1340 Umdrehungen pro Minute, wobei die Drehzahl des Strömungsmittels benachbart zum Unterteilungsglied 37 und innerhalb der Pumpennut 99 kleiner als 1340 Umdrehungen pro Minute ist, so daß die Richtung des Strömungsmittels bezüglich des Unterteilungsglieds 37 in Richtung der Pfeile der Fig. 3 verläuft. Wie der Fachmann erkennt, bewirkt eine solche Relativbewegung des Strömungsmittels innerhalb der Pumpennut 99 eine Zone oder einen Bereich erhöhten Strömungsmitteldrucks, was zur Folge hat, daß eine' Strömung durch den Strömungsmitteldurchlaß 97 in die Niedergeschwindigkeitskammer 41 erfolgt. Demgemäß wird in dem ein hohes Verhältnis aufweisenden Niedergeschwindigkeits- oder Drehzahl-Bereich Strömungsmittel von der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkairaner 39 in die Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 gepumpt, weil die Drehgeschwindigkeit A der Abtriebskupplungsanordnung 31 größer ist als die Drehgeschwindigkeit Y des Antriebskupplungsglieds 75.

Wenn die Motordrehzahl sich dem Wert 1500 Umdrehungen pro Minute nähert, so fängt die Drehgeschwindigkeit der Abtriebsanordnung 31 an, ein Platteau zu erreichen wie man in Fig.· 5 erkennt. Wie dem Fachmann bekannt ist, hängt der spezielle Punkt, bei dem dies für irgendeine spezielle Strömungsmittelkupplung auftritt, von Faktoren ab wie der Strömungsmittelviskosität, der Scherfläche und dem Abstand zwischen den Scherflächen. Nachdem die Abtriebsdrehzahl oder -geschwindigkeit das Platteau erreicht hat, tritt gerade bei ungefähr 2000 Umdrehungen pro Minute des Motors ein Punkt auf, bei welchem die Geschwindigkeit der Abtriebsanordnung 31 gleich derjenigen des Antriebskupplungsglieds 75 ist. Wenn man sich diesem Punkt annähert, so nimmt die Drehzahl des Strömungsmittels in der Hochgeschwindigkeitskammer 39 relativ zur Pumpennut 99

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ab, bis die Drehzahl der Abtriebskupplungsanordnung 31 gleich derjenigen des Antriebskupplungsglieds 75 ist und das Pumpen des Strömungsmittel durch Strömungsmittelkanal 97 hört auf. Wenn dies auftritt, so bewirkt der Zentrifugalkraft-Druck in der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 eine Umkehr der Flußrichtung durch Strömungsmittelkanal 97 derart, daß ein Teil des Strömungsmittels, welches sich in der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 befinden könnte, nunmehr in die Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39₍ gepumpt wird. Wenn die Schlupfgeschwindigkeit (d.h. die Differenz) des Antriebskupplungsglieds 71 bezüglich der Abtriebsanordnung 31 ansteigt, so gibt es eine ansteigende Tendenz für Strömungsmittel in der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41 zurück zur Reservoirkammer 79 über Auslaßdurchlaß 95 gepumpt zu werden.

Wenn die Motordrehzahl weiter ansteigt, so fällt die Drehgeschwindigkeit der Abtriebsanordnung 31 unter diejenige des Antriebskupplungsglieds 75, und beide setzen den Anstieg fort, während eine relativ konstante Schlupfgeschwindigkeit dazwischen aufrechterhalten bleibt.

Die die Geschwindigkeit oder Drehzahl der Abtriebsanordnung 31 darstellende Kurve weist einen Bezugspunkt F.4 auf, der dem Zustand gemäß Fig. 4 entspricht. Bei diesem Bezugspunkt dreht sich sowohl der Motor als auch das Antriebskupplungsglied 75 mit 3000 Umdrehungen pro Minute, wohingegen die Abtriebsanordnung 31 sich mit annähernd 2 840 Umdrehungen pro Minute verdreht. Weil sich das Antriebskupplungsglied 75 nunmehr schneller dreht als die Abtriebsanordnung 31, bewegt sich das Strömungsmittel in der Hochgeschwindigkeit-Strömungsmittelkammer 39 nunmehr in Richtung der Pfeile in Fig. 4, und zwar relativ zum Unterteilungsglied 37 und der Pumpennut 99. Daher tritt während des ganzen ein niedriges Verhältnis aufweisenden Hochgeschwindigkeits-Bereichs wegen der relativen Bewegungsrichtung des Strömungsmittels kein Anstieg des Strömungsmitteldrucks benachbart zum Strömungsmitteldurchlaß 97 auf und es erfolgt kein Pumpen von Strömungsmittel

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von der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 39 zur Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer 41, sondern vielmehr kann die Bewegung des Strömungsmittels an Nut 99 und Durchlaß 97 vorbei eher eine Zone relativ niedrigeren Drucks erzeugen, um Strömungsmittel von der Niedergeschwindigkeits-Strörmungsmittelkammer 41 wegzusaugen.

Man erkennt somit durch den Vergleich der Drehzahl der Abtriebsanordnung 31 zur derjenigen einer Viskositäts-Strömungsmittelkupplung bekannter Bauart (gestrichelte Linie), daß die Erfindung eine Viskositätsströmungsmittelkupplung vorsieht, welche im Bereich mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Verhältnis eine höhere Ventilatorgeschwindigkeit oder -drehzahl vorsieht, und daher mehr Kühlung, wohingegen im Bereich hoher Geschwindigkeit und niedrigen Verhältnisses eine niedrigere Ventilatordrehzahl erzeugt wird, um Leistung und Energie einzusparen. Darüber hinaus sieht die Erfindung eine Viskositäts-Strömungsmittelkupplung vor, die dann außer Eingriff gebracht werden kann, wenn ein Betrieb des Ventilators nicht erforderlich ist.

Eine der alternativen Ausführungsformen der Erfindung wäre eine Anordnung, die in der Gesamterscheinungsform etwas ähnlich zu derjenigen gemäß dem erwähnten US-Patent 3 444 748 ist. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel würde der Antriebsteil (d.h. die Riemenscheiben, Wellen, usw.) im wesentlichen wie bei Fig. 1 der vorliegenden Brfindung ausgebildet sein, wobei aber jedes der Antriebskupplungsglieder 75 und 71 mit einem gesonderten Strömungsmittelkupplungs-Abtriebsglied verbunden wäre. Jedes der Abtriebsglieder würde eine Abtriebsriemenscheibe aufweisen, die eine Riemenscheibe auf einer anderen Wellen antreibt, wobei jede dieser Riemenscheiben damit verbunden eine Einwegkupplung aufweisen würde, um den Antrieb der Welle zu gestatten durch diejenige der Strömungsmittelkupplungen, die Strömungsmittel enthält und mit einer höheren Geschwindigkeit, zu irgendeinem gegebenen Augenblick, arbeitet. Die Verbindung des Strömungsmittels von einer Strömungsmittelkupplung zur anderen könnte auf verschiedene Weisen erreicht werden, und zwar unter Verwendung der Relativdrehzahlen der verschiedenen sich drehenden Glieder, wie dies

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hierin gelehrt wird. Beispielsweise könnte zugelassen werden, daß man das Strömungsmittel von einer Kupplung zur anderen durch einen oder mehrere Durchlässe in der Antriebswelle laufen läßt.

Die Erfindung sieht demgemäß eine Viskositäts-Strömungsmittelkupplung vor, die durch eine Hauptantriebsvorrichtung angetrieben wird, deren Drehzahl sich über einen weiten Bereich hinweg verändert. Die erfindungsgemäße Kupplung weist ein zwei Strömungsmittelkammern definierendes Abtriebsglied auf, wobei ein Antriebsglied drehbar innerhalb jeder der Strömungsmittelkammern angeordnet ist, und wobei die zwei Antriebsglieder durch die Hauptantriebsvorrichtung mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten angetrieben werden; bei niedrigeren Drehzahlen der Hauptantriebsvorrichtung wird viskoses Strömungsmittel in die Strömungsmittelkammer gepumpt, welche das höhere Geschwindigkeitsverhältnis aufweisende Antriebsglied enthält, um ein höheres Verhältnis von Abtriebsdrehzahl zu Hauptantriebsvorrichtungsdrehzahl vorzusehen; bei höheren Hauptantriebsvorrichtungs-Drehzahlen wird viskoses Strömungsmittel in die Strömungsmittelkammer gepumpt, welche das Niederdrehzahlverhältnis-Antriebsglied enthält, um ein niedrigeres Verhältnis von Abtriebsdrehzahl zu Hauptantriebsvorrichtungsdrehzahl zu erzeugen. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Strömungsmittelkupplung zum Antrieb eines Radiatorkühlventilators ergibt mehr Kühlung bei niedrigen Motordrehzahlen, aber weniger verschwendete Leistung bei höheren Motordrehzahlen.

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Claims

Viskositäts-Strömungsmittelkupplung geeignet zum Antrieb durch eine Hauptantriebsvorrichtung, gekennzeichnet durch

a) ein Abtriebskupplungsglied (31), welches um eine Achse drehbar ist und eine Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer (41) und eine Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer

(39) bildet,

b) ein erstes Antriebskupplungsglied (71) drehbar angeordnet innerhalb der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer,

c) ein zweites Antriebskupplungsglied (75) drehbar angeordnet innerhalb der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer,

d) Mittel zur übertragung einer gegebenen Bewegung der Hauptantriebsvorrichtung in eine Drehgeschwindigkeit X des ersten Antriebskupplungsglieds und in eine Drehgeschwindigkeit Y des zweiten Antriebskupplungsglieds, wobei die Drehgeschwindigkeit X größer ist als die Drehgeschwindigkeit Y für jede gegebene Bewegung der Hauptantriebsvorrichtung,

e) erste Mittel zur Erzeugung einer Menge viskosen Strömungsmittels in der Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer unterhalb einer bestimmten Drehzahl oder Geschwindigkeit der Hauptantriebsvorrichtung, um Drehmoment von dem ersten Antriebskupplungsglied zu übertragen, und zwar zum Antrieb des Abtriebskupplungsglieds mit einer Drehgeschwindigkeit A, die kleiner ist als X, aber größer ist als Y, und

f) zweite Mittel zur Erzeugung einer Menge viskosen Strömungsmittels in der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkamrer oberhalb der bestimmten Geschwindigkeit oder Drehzahl der Hauptantriebsvorrichtung, um Drehmoment zu übertragen von dem zweiten Antriebskupplungsglied zum Antrieb des Abtriebskupplungsglieds mit einer Drehgeschwindigkeit B, die kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit Y.
2. Viskositäts-Strömungsmittelkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebskupplungsglied eine Strömungsmittelreservoirkammer (79) und erste und zweite Auslaßdurchlaßmittel definiert, welche die Verbindung herstellen zwischen den Niedergeschwindigkeits- bzw. Hochgeschwindigkeits-

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Strömungsmittelkammern und der Strömungsmittelreservoirkammer.
3. Kupplung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel zur Erzeugung viskosen Strömungsmittels die Strömungsmittelreservoirkammer und Ventilmittel aufweisen, welche zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar sind, wobei in der ersten Position der Strömungsmittelfluß von der Strömungsmittelreservoirkammer zu der entsprechenden der Niedergeschwindigkeitsund Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammern gestattet ist, während in der zweiten Position dieser Strömungsmittelfluß blockiert ist.
4. Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch temperaturabhängige Steuermittel, die betriebsmäßig mit den Ventilmitteln verbunden sind, um die Ventilmitteln zwischen den ersten und zweiten Positionen infolge von Änderungen eines ausgewählten Temperaturzustandes zu bewegen.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Temperatur ansprechenden Steuermittel ein Bimetallelement (87) aufweisen, welches derart angeordnet ist, daß es auf Änderungen der Temperatur der ümgebungsluft außerhalb der Kupplung anspricht.
6. Strömungsmittelkupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel zum Vorsehen viskosen Strömungsmittels Mittel aufweisen, um einen Teil des Strömungsmittels in der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer in die Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer zu pumpen.
7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel nur arbeiten, wenn das Abtriebskupplungsglied mit der erwähnten Drehgeschwindigkeit A angetrieben wird, die größer ist als die Drehgeschwindigkeit Y des zweiten Antriebskupplungsglieds .

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8. Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebskupplungsglied ein Unterteilungsglied (37) angeordnet zwischen den Niedergeschwindigkeits- und Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammern aufweist, und einen Durchlaß definiert, um Strömungsmittelverbindung zwischen den Hochgeschwindigkeits- und Niedergeschwindigkeits-Strömungsmittelkammern vorzusehen.
9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel den Unterteilungsdurchlaß und Mittel aufweisen, welche eine Zone erhöhten Strömungsmitteldrucks hervorrufen, und zwar innerhalb der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmittelkammer benachbart zum Unterteilungsdurchlaß, und zwar infolge der Verdrehung des Abtriebskupplungsglieds mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die des zweiten Antriebskupplungsglieds.
10. Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drehmoment von den ersten und zweiten Antriebskupplungsgliedern übertragen wird, um das Abtriebskupplungsglied mittels viskoser Scherbeanspruchung anzutreiben.
11. Viskose Strömungsmittelkupplungs-Anordnung geeignet zum Antrieb durch eine Hauptantriebsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Niederdrehzahl-Strömungsmittelkupplung drehbar um eine Achse, wobei eine Strömungsmittelkammer definiert wird und ein Niederdrehzahl-Antriebskupplungsglied vorgesehen ist, Hochdrehzahl-Strömungsmittelkupplung verdrehbar um eine Achse, wobei eine Strömungsmittelkammer definiert wird und ein Hochdrehz.ahl-Antriebskupplungsglied vorgesehen ist, Mittel zum übertragen einer gegebenen Bewegung der Hauptantriebsvorrichtung in eine erste Drehgeschwindigkeit X des Niederdrehzahl-Antriebskupplungsglieds und in eine Drehgeschwindigkeit Y des Hochdrehzahl-Antriebskupplungsglieds, wobei die Drehgeschwindigkeit X größer ist als die Drehgeschwindigkeit Y für jede gegebene Bewegung der Hauptantriebsvorrichtung,

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erste Mittel zur Erzeugung einer Menge an viskosem Strömungsmittel in der erwähnten Strömungsmittelkammer der Niederdrehzahlkupplung unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Hauptantriebsvorrichtung, um Drehmoment von dem Niederdrehzahl-Antriebskupplungsglied zu übertragen, um die Niederdrehzahlkupplung mit einer Drehgeschwindigkeit A anzutreiben, die kleiner ist als X, aber größer als Y, und

zweite Mittel zur Erzeugung einer Menge an viskosem Strömungsmittel in der zweiten Strömungsmittelkammer der Hochdrehzahlkupplung oberhalb der bestimmten Drehzahl der rfauptantriebsvorrichtung zur übertragung von Drehmoment von dem Hochdrehzahl-Antriebskupplungsglieds zum Antrieb der Hochdrehzahlkupplung mit einer Drehgeschwindigkeit B, die kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit Y.
12. Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Drehmomentübertragungsglied (61), ein Antriebskupplungsglied (71), ein Rollenlager (65), einen Ringteil (67), ein Lager (69), eine ringförmige Befestigungsplatte (51), eine Antriebswelle (55), ein Antriebskupplungsglied (75), ein Unterteilungsglied (37) mit öffnung (81), ein vorderes Abdeckglied (33) mit Durchlässen (95) und (91), ein Rohrglied (93), ein Strömungsmitteldurchlaß (97) und eine Nut (99).

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