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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine durch ein fluides Medium betätigbare Gebläsekupplung,
und insbesondere eine Gebläsekupplung mit innoror "Groiforwirkung".
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Durch ein fluides Medium betätigbare Gebläsekupplungen werden in Verbindung
mit Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, für Schwerfahrzeuye eingesetzt,
um einen solchen Motor zu kühlen, wenn die Gefahr einer überhitzung besteht. Dabei
wird Luft oder ein anderes fluides Medium der Gebläsekupplung zugeführt, um sie
in Abhängigkeit von einem durch Wärmewirkung betätigbaren Luftventil einzuschalten;
eine solche Anordnung wird beispielsweise in der US-PS 3 955 760 beschrieben.
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Ein solcher, durch ein fluides Medium betätigter Kupplungsmechanismus
wird in der US-PS 3 253 687 erläutert; dabei ist ein Friktionsbelagmaterial an einer
Antriebsscheibe angebracht, die wiederum drehbar auf einer Welle gelagert ist; ein
Nabenbereich ist auf der Welle in der Nähe der Antriebsscheibe befestigt; die Nabe
weist einen inneren, ringförmigen Kolben auf, der durch die Druckwirkung von Luft
oder einem anderen fluiden Medium in Kontakt mit dem Friktionsbelag gedrückt werden
kann. Bei einer solchen Vorrichtung werden jedoch die Lager durch den nach außen
gerichteten Druck sehr stark beansprucht, der dadurch erzeugt wird, daß der Kolben
in Kontakt mit dem Friktionsbelagmaterial vorgespannt wird, so daß es relativ häufig
zu Störungen bzw.
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Defekten kommen kann.
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In der US-PS 3 762 517 wird eine durch ein fluides Medium betätigte
Gebläsekupplung beschrieben, die innere, in entgegengesetzten Richtungen wirkende
Doppelkolben verwendet.
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Bei diesem Konzept wird jedoch ein ziemlich komplizierter,
mechanischer
Aufbau ermöglicht; außerdem ergibt sich auch in diesem Fall während der Betätigung
der Vorrichtung eine nach außen drückende Reaktion.
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Eine weitere Gebläsekupplung wird in einem Bulletin der Schwitzer
Division der-Wallace-Murray Corporation, Box 80-B, Indianapolis, Indiana mit der
Nummer 20-0612 beschrieben; dabei ist eine Antriebsscheibe mit der Nabe einer Gebläsekupplung
durch die Druckwirkung zwischen einem in der Nabe angeordneten Kolben und einer
an der Nabe angebrachten Platte in Eingriff. Bei dieser Einrichtung befinden sich
jedoch der Kolben, die Antriebsscheibe und die Gegenplatte an dem äußeren Umfang
der Nabe; dabei ist die Gegenplatte mit der Nabe auf ihrem äußeren Umfang verbunden,
so daß sich auch bei dieser Konstruktion noch eine relativ große Druckhebelwirkung
ergibt.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine durch ein
fluides Medium betätigbare Gebläsekupplung zu schaffen, bei der auf die Lager im
wesentlichen keine nach außen gerichteten Druckkräfte wirken.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine durch ein fluides Medium betätigbare
Gebläsekupplung mit energieabsorbierender, innerer Greiferwirkung erreicht. Die
Gebläsekupplung enthält eine Antriebsscheibe, die drehbar auf dem inneren Ende einer
stationären Welle angeordnet ist, sowie eine drehbar auf dem äußeren Ende der Welle
angebrachte Gebläsenabe. Die Antriebsscheibe weist einen ringförmigen Friktionsbelag
auf, der mit ihrer inneren Oberfläche verbunden ist. Die Nabe enthält einen ringförmigen
Kolbenhohlraum oder einen Zylinder mit einem darin angeordneten Kolben, wobei die
Vorderfläche des Kolbens dem mit der Antriebsscheibe verbundenen Friktionsbelag
zugewandt ist. Eine Druckkappe befindet sich hinter dem Friktionsbelag und ist mit
der Gebläsenabe verbunden.
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Eine Feder drückt den Kolben außer Eingriff mit dem Friktionsbelag,
wenn diese Kupplung nicht betätigt ist. Weiterhin sind geeignete Luftdurchgänge
vorgesehen, um der Rückseite des Kolbens Luft zuzuführen. Während der Betätigung
dieser Kupplung wird die Luft der Rückseite des Kolbens zugeführt und drückt ihn
in Kontakt mit dem Friktionsbelag und gegen die Druckkappe, wodurch die Gebläsenabe
mit der Antriebsscheibe in Eingriff kommt.
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Die kupplung ist mit einer abnehmbaren Kappe versehen, die mit der
Gebläsenabe an dem äußeren Ende der Welle verbunden ist. Die abnehmbare Kappe ermöglicht
den einfachen Zugang zu einer Luftdichtung, die sich an dem äußeren Ende der Welle
befindet, wodurch diese Dichtung bei einem Defekt oder einer Störung leicht ausgewechselt
werden kann.
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Ein Sicherungsring ist auf der Welle in einer bestimmten Stellung
angeordnet, um zu verhindern, daß bei einem Versagen der Kupplung die Gebläsenabe
nach außen von der Welle abgeschoben wird.
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Die Erfindung schafft also eine durch ein fluides Medium betätigbare
Gebläsekupplung mit energieabsorbierender, innerer Greiferwirkung; diese Kupplung
weist folgende Teile auf: Eine Riemenscheibe oder eine Antriebsscheibe, die drehbar
an einer stationären Welle angebracht ist; einen ringförmigen Friktionsbelag, der
mit einer inneren Oberfläche der Antriebsscheibe verbunden ist; eine Nabe für die
Gebläseblätter bzw. -laufräder, die drehbar auf der Welle in der Nähe der Antriebsscheibe
gelagert ist, wobei die Nabe einen ringförmigen Kolbenhohlraum oder Zylinder enthält,
in dem ein Kolben so angeordnet ist, daß er dem Friktionsbelag zugewandt ist; der
Kolben wird normalerweise durch eine geeignete Feder so vorgespannt, daß er nicht
in Berührung mit dem Friktionsbelag ist; weiterhin eine ringförmige Druckkappe,
die auf der Seite des Friktionsbelages
angeordnet ist, die dem
Kolben gegenüberliegt; die Druckkappe ist mit der Gebläsenabe verbunden und befindetsich
normalerweise nicht in Berührung mit dem Friktionsbelag; und geeignete Durchgänge
für die-Zuführung von- Luft oder einem anderen fluiden Medium zu der Rückseite des
Kolbens, um den Kolben in Kontakt mit dem Friktionsbelag und gegen die Druckkappe
vorzuspannen, wodurch die Gebläsenabe mit der Antriebsscheibe in Eingriff kommt.
Die Gebläsekupplung weist auch eine abnehmbare Kappe der Gebläsenabe auf, so daß
eine Luftdichtung zugänglich wird, die sich an dem äußeren Ende der Welle befindet;
dadurch kann diese Dichtung leicht ausgewechselt werden. Schließlich ist die Gebläsekupplung
noch mit einem Sicherungs- bzw. Haltering versehen, der- sich auf der Welle befindet,
um zu verhindern, daß bei einem Versagen der Kupplung die- Gebläsenabe und die damit
verbundenen Teile von der Kupplung heruntergeschoben 'werden können.
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Die-Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende, schematische Zeichnung näher erläutert, deren einzige
Figur einen Schnitt durch eine Gebläsekupplung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie sich aus der Figur ergibt, ist die durch ein fluides Medium betätigbare
Gebläse- bzw. Ventilatorkupplung nach der-vorliegenden Erfindung mit einer auch
als "Lüfterbock" bezeichneten Befestigungshalterung 10 versehen, die an dem-Motorblock
eines Verbrennungsmotors angebracht werden kann.
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Eine Welle 11 ist an dem Lüfterbock 10, beispielsweise durch Anschweißen,
befestigt. Die Welle 11 weist ein inneres Ende 12 und ein äußeres Ende 13 auf.
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Eine Antriebsscheibe 14, insbesondere eine Seilscheibe, ist -drehbar
andem inneren Ende 12 der Welle ll durch Scheibenlager
15 und 16
angebracht. Eine ringförmige Friktions-Paßfläche 17 ist an einer inneren Oberfläche
der Antriebsscheibe 14 durch mehrere Antriebsstifte 18 für die Friktionsfläche befestigt,
von denen nur einer dargestellt ist. Die bearbeitete Friktions-Paßfläche 17 kann
auf den Antriebsstiften 18 frei nach vorne und nach hinten gleiten. Wie man der
Figur weiter entnehmen kann, liegt wenigstens ein ringförmiger Bereich an beiden
Flächen der ringförmigen Friktionsfläche 17 frei.
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Eine Lüfternabe 19 ist drehbar mit Hilfe von Lagern 20 und 21 an dem
äußeren Ende der Welle 11 angebracht. Ein ringförmiger Kolbenhohlraum oder ein Zylinder
22 , der sich an der inneren Fläche der Lüfternabe 19 befindet, enthält einen ringförmigen
Kolben 23 mit einem ringförmigen Verlängerungsbereich 23a, welcher der Friktionsfläche
17 zugewandt und mit ihr ausgerichtet ist. O-Ringe 24 und 25 bilden eine fluiddichte
Abdichtung zwischen dem Kolben 23 und dem Kolbenhohlraum 22.
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Eine kreisförmige Druck- bzw. Schubkappe 26 mit einem ringförmigen
Amboß-bzw. Aufschlagbereich 26a befindet sich auf der Seite der Friktionsfläche
17, die der dem Kolben 23 zugewandten Seite der Friktionsfläche gegenüberliegt.
Die Druckkappe 26 ist mit der Nabe 19 durch Druckkappenverbindungsstifte 27 verbunden,
von denen nur zwei dargestellt sind. Gemäß einem der wesentlichen Merkmale der vorliegenden
Erfindung befinden sich die Verbindungsstifte 27 für die Druckkappe an einer Stelle
zwischen den äußeren Laufringen bzw. Laufbahnen bzw. Kanälen der Lüfternabenlager
20, 21 und der Friktionsfläche 17 sowie nahe bei diesen Lagern, um auf diese Weise
praktisch jede Druckwirkung auf die Lager für die Lüfternabe zu vermeiden und jede
nachteilige Druckwirkung zwischen der Nabe und der Druckkappe zu verringern.
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Eine Feder 28 ist zwischen der Druckkappe 26 und dem Kolben 23 angeordnet,
um normalerweise den Kolben 23 außer Kontakt mit der Friktionsfläche 17 zu drücken.
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Luft oder ein anderes fluides Medium wird der Gebläsekupplung über
eine Öffnung 29 eines Stiftes 30 zugeführt, strömt dann weiter durch einen Durchgang
31-des Lüfterbocks 10, durch einen axialen Durchgang 32 in der Welle 11, in eine
Kammer 33, die sich in der Kappe 34 befindet, und schließlich aus der Kammer 33
über Durchgänge 35a und 35b in den Kolbenhohlraum 22.
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Die Kappe 34 ist über ein Gewinde an der Nabe 19 befestigt und kann
unter Verwendung eines zwei Gabeln bzw. Zinken bzw.
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Spitzen aufweisenden Werkzeugs eingesetzt oder entnommen werden; die
Spitzen dieses Werkzeugs passen Ein Schlitze 36 und 37. Zwischen dem äußeren Ende
13 der Welle 11 und der Kappe 34 ist eine drehbare Fluiddichtung 38 vorgesehen.
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Die Laufringe bzw. Laufbahnen der Lager 15 und 16 werden durch ein
Abstandsstück 39 im Abstand voneinander gehalten, während die Laufringe der Lager
20 und 21 durch ein Abstandsstück 40 im Abstand voneinander gehalten werden. Die
Lager 15, 16, 20 und 21 werden außerdem durch Kragen, die sich an benachbarten Teilen
befinden, wie man der Figur entnehmen kann, in ihren Lagen gehalten; die inneren
Laufringe der Lager sitzen in Preßpassung auf der Welle 11. Die Lager werden außerdem
in ihrer Lage auf der Welle 11 durch ein Abstandstück 41 gehalten, das sich auf
dem Kragenbereich befindet, der zwischen dem Hauptteil der Welle 11 mit größerem
Durchmesser und einem äußeren Bereich 13 mit kleinerem Durchmesser der Welle 11
vorhanden ist. Das Abstandstück 41 wird in seiner Lage durch ein geeignetes Befestigungselement
42, wie beispielsweise eine Mutter, fixiert.
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Geeignete Antriebsstifte 43, von denen nur einer dargestellt ist,
sind fest an der Lüfternabe 19 angebracht und verschiebbar in Fassungen eingesetzt,
die sich in dem Kolben 23 befinden. Die Nabenantriebsstifte 43 übertragen die Bewegung
des Kolbens auf die Nabe, wie im folgenden beschrieben werden soll.
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Geeignete Stifte 44 und 45 (bei Bedarf können noch mehr, nicht dargestellte
Stifte verwendet werden) sind an der Vorderfläche der Lüfternabe 19 angebracht,
um ein geeignetes Lüfterrad bzw. Gebläserad 52 an der Nabe zu befestigen.
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Eine Öffnung 46 in der Lüfternabe 19 und eine Öffnung 47 in der Antriebsscheibe
14 sind für den Notfall vorgesehen, wenn aus irgendeinem Grunde die Kupplung nicht
einwandfrei arbeitet; dadurch kann ein geeignetes Befestigungsteil 48 durch diese
Öffnungen eingeführt werden, um die Antriebsscheibe 14 auf der Nabe 19 zu arretieren.
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Im folgenden soll die Funktionsweise der Gebläsekupplung nach der
vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Bei einem normalen Betrieb haben die Teile im wesentlichen die Lage,
wie sie aus der Figur zu ersehen ist. In dieser Stellung ist die Antriebsscheibe
14 mit dem Motor durch geeignete Antriebsriemen verbunden, so daß sich die Antriebsscheibe
dreht (dabei ist die Kupplung an einem geeigneten Verbrennungsmotor montiert, während
die Gebläseschaufeln 52 durch Stifte 44 und 45 an der Laufradnabe 19 angebracht
sind).
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Bei der dargestellten Betriebsart dreht sich die Antriebsscheibe zusammen
mit der daran befestigten Friktionsfläche 17 um die Welle 11. Die Friktionsfläche
17, die sich auf den Antriebsstiften 18 frei nach hinten und nach vorne verschieben
kann, läuft frei in dem Raum zwischen dem Kolben 23 und der Druckkappe 26 und überträgt
keine Bewegung auf diese
Teile. Die Feder 28 drückt gegen den Kolben
23 nach außen, so daß der Kolben 23 nicht mit der Friktionsfläche 17 in Berührung
kommt und die Bewegung der Antriebsscheibe 14 nicht auf die Laufradnabe 19 übertragen
wird.
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Wenn der Motor eine Temperatur erreicht, bei der das Gebläse bzw.
der Generator zur Kühlung des Motors eingeschaltet werden muß, so wird ein durch
einen Thermostat gesteuertes Fluidventil (wie es beispielsweise in der US-PS 3 955
760 dargestellt ist) betätigt und führt komprimierte Luft oder ein anderes, fluides
Medium von einer geeigneten Quelle durch eine Leitung (nicht dargestellt) der Öffnung
29 des Stiftes 30 zu. Das fluide Medium fließt durch den Stift 30, den Durchgang
31 in dem Lüfterbock, den axialen Durchgang 32, der sich in der Welle 11 befindet,
aus dem äußeren Ende 13 der Welle 11 heraus in die Kammer 33, die sich in der Kappe
34 befindet, und durch Durchgänge 35a und 35b zu dem in der Nabe 19 angeordneten
Kolbenhohlraum 22. Durch das fluide Medium wird dann ein Druck auf die Rückseite
des Kolbens 23 ausgeübt, so daß dieser nach vorne gegen die Wirkung der Feder 28
und in Kontakt mit einer freiliegenden Fläche der Friktionsfläche 17 vorgespannt
wird. Der ausgeübte Druck des fluiden Mediums reicht aus, um die Friktionsfläche
17 zwischen den Kolben und die Druckkappe 26 hineinzuschieben, wodurch die andere,
freiliegende Fläche der Friktionsfläche 17 mit dem Stoßbereich 26a der Druckkappe
26 in Berührung kommt Die Bewegung der Antriebsscheibe 14 wird dann durch die Antriebsstifte
18 auf die Friktionsfläche 17 und weiter auf den Kolben 23 übertragen, der wiederum
seine Drehbewegung über die Antriebsstifte 43 auf die Nabe 19 überträgt. Bei vollem
Eingriff dreht sich die Nabe 19 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebsscheibe
14, so daß die durch die Stifte 44 und 45 an der Nabe 19 befestigten Laufräder des
Gebläses sich entsprechend drehen.
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Wenn der Motor ausreichend gekühlt worden ist, sperrt das thermostatisch
gesteuerte Luftventil (nicht dargestellt) die Strömung der Luft oder eines anderen
fluiden Mediums zu der Gebläsekupplung ab und verbindet den Kolbenhohlraum mit der
Atmosphäre. Wenn das fluide Medium nach außen abgegeben worden ist, drückt die Feder
28 den Kolben 23 außer Kontakt mit der Friktionsfläche 17, so daß die Nabe 19 die
Antriebsscheibe 14 nicht mehr berührt. Dadurch verlangsamt sich allmählich die Drehung
der Nabe 19 des Ventilators, bis sie schließlich ganz beendet ist.
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Gemäß einem weiteren, wesentlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung
wird ein Sicherungs- bzw. Spreng- bzw. Rückhaltering 49 vorgesehen. Der Sicherungsring
49 sitzt in Preßpassung auf der Welle 11 und weist einen nach außen verlaufenden
Kragenbereich 50 auf. Der nach außen verlaufende Kragenbereich 50 und ein Kragenbereich
51, der sich an der Druckkappe 26 befindet, überlappen bzw überdecken einander,
wie man der Figur entnehmen kann. Wenn die Kupplung versagen und nach außen drückende
Kräfte auf die Nabe 19 des Ventilators und die Druckkappe 26 wirken sollten, um
diese Elemente nach außen von der Welle 11 zu schieben, würde der Sicherungsring
49 verhindern, daß diese Elemente von der Welle 11 abrutschen, da in diesem Fall
der Kragenbereich 50 des Sicherungsrings 49 in Kontakt mit dem Kragenbereich 51
der Druckkappe 26 kommt.
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Wenn die Drehdichtung 38 ersetzt werden soll, so kann dies bei der
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung leicht durchgeführt werden, indem ein
Gabelwerkzeug in die Schlitze 36 und 37 der Kappe 34 eingeführt und die Kappe von
der Nabe 19 des Gebläses abgeschraubt wird.
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Durch die Verwendung einer energieabsorbierenden Greifer--bzw. Tasterwirkung,
das heißt, der zwischen dem Kolben 23 und der Druckkappe 26 erfolgenden Druckwirkung
auf die Friktionsfläche 17 wird der durch den Kolben erzengte Klemmdruck von näherungsweise
1,41 kg/mm² (2000 psi) in der Nabenanordnung selbst und nicht durch die Lager aufgenommen.
Diese Greiferkonstruktion nutzt beide Seiten der Friktionsfläche aus, so daß sich
in einem kleineren Volumen eine größere Reibungsfläche ergibt. Da schließlich die
Druckkappe mit der Nabe des Gebläses durch die Stifte 27 an einer Stelle zwischen
den äußeren Laufringen der Lager 20, 21 und der Kontaktzone zwischen dem Kolben
23, der Friktionsfläche 17 und der Druckkappe 26 gekoppelt bzw. verbunden ist und
sich nahe dabei befindet, wird zwischen dem Kolben und der Druckkappe nur ein geringes
oder gar kein Hebelmoment bzw. eine Hebelwirkung ausgeübt.