DE3246783A1 - Verfahren zum betrieb einer visco-luefterkupplung und visco-luefterkupplung nach diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer visco-luefterkupplung und visco-luefterkupplung nach diesem verfahren

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DE3246783A1 DE19823246783 DE3246783A DE3246783A1 DE 3246783 A1 DE3246783 A1 DE 3246783A1 DE 19823246783 DE19823246783 DE 19823246783 DE 3246783 A DE3246783 A DE 3246783A DE 3246783 A1 DE3246783 A1 DE 3246783A1
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Description

PICHTEL & S"Ä CHS AG *- -" S C H W E I N F U R T
■3-
ANR 1 001 485
PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG
VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER VISCCKLÜFTERKUPPLUNG UND VISCO-LÜFTERKUPPLUNG NACH DIESEM VERFAHREN
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Visco-Lüfterkupplung zum Antrieb eines Kühlluftventilators und auf eine Visco-Lüfterkupplung nach diesem Verfahren mit Steuerung des übertragbaren Drehmomentes in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. in Abhängigkeit von einer von der Betriebstemperatur abgeleiteten Temperatur .im Sinne einer Vergrößerung des Drehmomentes bei steigender Temperatur,
Es sind Lüfterkupplungen der.verschiedensten Bauarten bekannt, welche nach diesem Prinzip arbeiten. Dabei ist es prinzipiell unbedeutend, wie die Drehmomentvergrößerung erzielt wird'. Beispielsweise wird gern, US-PS 2 838 244 der Abstand, zwischen den beiden die Scherflächen darstellenden Bauteilen temperaturabhängig geändert. Bei vielen anderen Konstruktionen ist es üblich, eine Füllstandsregelung vorzunehmen. So wird beispielsweise gem. DE-AS 1 425 244 durch Axialverschiebung einer Wand der Raum, in welchem sich die Viskoseflüssigkeit befindet, so verändert, daß die wirksam benetzten Scherflächen unterschiedlich groß sind. Eine andere Art der Füllstandsregelung ist beispielsweise aus der DE-OS 2 803 975 bekannt, bei der aus dem Arbeitsraum kontinuierlich. Viskoseflüssigiceit in einen Vorratsraum gepumpt und der Zufluß vom Vorratsraum in den Arbeitsraum temperaturabhängig gesteuert wird.
Alle diese Visco-Lüfterkupplungen sind so ausgelegt, daß bei maximalem Drehmoment - unabhängig von der Antriebsdrehzahl - eine relativ niedrige Abtriebsdrehzahl eingehalten bzw. nicht überschritten wird. Eine solche Auslegung führt bei hohen Antriebs-
BÄD ORIGINAL ...
drehzahlen zu hohen S'tfiilüpfwerte'n" und zu "einer entsprechenden Wärmeentwicklung innerhalb der Visco-Lüfterkupplung. Um eine Visco-Lüfterkupplung auch für solche Extremfälle dauerhaft zu gestalten, müßten alle verwendeten Werkstoffe entsprechend temperaturbeständig sein ·«- einschließlich der Viskoseflüssigkeit - und es müßten darüber hinaus beispielsweise Vorkehrungen getroffen werden, die das ansteigende Lagerspiel wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungen begrenzen.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Visco-Lüfterkupplung zu erstellen, die mit einem Minimum \n Aufwand das Entstehen unerwünscht hoher Temperaturen vermeidet, ohne die Betriebseigenschaften der Lüfterkupplung zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch die Steuerung des übertragbaren Drehmomentes zusätzlich durch die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung selbst im Sinne einer Drehmomentverringerung bei steigender Betriebstemperatur wird ein Abfall der Lüfterdrehzahl erzielt, was zwar den Schlupf erhöht, jedoch ein Absinken der Leistungsaufnahme des Lüfters und damit ein Absinken der Verlustleistung bewirkt, die ja bekanntlich in Wärme umgesetzt und abgeführt werden muß und deren Größe ein Maß für die Betriebstemperatur der Lüfterkupplung ist. Mit dieser Maßnahme wird von vornherein ein unerwünschter Temperaturanstieg.innerhalb der Visco-Lüfterkupplung unterbunden.
Aus der DE-PS 2 212 367 ist eine spezielle Visco-Lüfterkupplung bekannt, bei welcher zwei unterschiedliche Kenngrößen auf die Drehmomentübertragung einwirken. Die Konstruktion zeigt einen angetriebenen Läufer, welcher als Trennwand zwischen Vorratsraum und Arbeitsraum für die Viskoseflüssigkeit ausgebildet und wobei in dieser Trennwand eine Ventilöffnung angeordnet ist, die sowohl drehzahl- als auch temperaturabhängig gesteuert werden kann. Die drehzahlabhängige Steuerung, dient dazu, oberhalb einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl eine Drehmomentverringerung durchzuführen. Die temperaturabhängige Steuerung soll auf die den Kühler der Brennkraftmaschine durchströmende Kühlluft reagieren und mit zunehmender Temperatur eine Vergrößerung der Drehmomentübertragung
BAD ORIGINAL
bewirken. Dabei ist jedoch die Anordnung des verwendeten Bimetalles auf dem Läufer der Visco-Lüfterkupplung nicht so sehr geeignet, auf die außen herrschende Temperatur anzusprechen, sondern es wird wesentlich mehr auf die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung reagieren. Damit wird jedoch ein Effekt erzielt, der dem gemäß der vorliegenden Anmeldung gewünschten Effekt entgegenläuft .
Demgegenüber wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die nicht bei allen Konstruktionen anwendbare fliehkraftabhängige Steuerung durch eine temperaturabhängige Steuerung ersetzt, deren prinzipieller Vorteil darin liegt, daß sie auf die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung anspricht und nicht auf irgendeine andere Hilfsgröße, -
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Visco-Lüfterkupplung gemäß dem in Anspruch 1 vorgeschlagenen Verfahren sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Dabei ist es prinzipiell gleichgültig, auf welche Art innerhalb der Visco-Lüfterkupplung die Drehmomentübertragung verändert werden kann, Bei Visco-Lüfterkupplungen mit Füllstandsveränderung der Viskoseflüssigkeit in den Scherspalten wird vorgeschlagen, ein Bimetall im oder am Gehäuse der Visco-Lüfterkupplung anzuordnen, welches bei ansteigender Betriebstemperatur eine Füllstandsverringerüng bewirkt, Gemäß Anspruch 3 wird vorgeschlagen, eine bereits vorhandene Ventileinrichtung so** wohl vom ersten, außenliegenden Bimetall als auch vom zweiten, innenliegenden Bimetall zu beaufschlagen. Damit wird der konstruktive Aufwand auf ein Mindestmaß reduziert,
In den Ansprüchen 4 bis 6 sind besonders günstige Ausführungsformen des zweiten Bimetalles sowie seine sinnvolle- Anordnung innerhalb der Visco-Lüfterkupplung festgelegt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
IC
Fig, 1 den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Visqo^Lüfterkupp lungj
Pig. 2, 3 und 4 Prinzipdarste-lltmgen der einzelnen Schaltzustände.
Die in Fig, 1 dargestellte Visco-Lüfterkupplung ist mit ihrer Gehäuserückwand 15 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 13 drehbar auf der Antriebswelle 14 gelagert. Einteilig mit der Gehäuserückwand 15 sind die nur ansatzweise dargestellten Lüfterflügel 12 ausgeführt. Zusammen mit der Gehäusevorderwand 4 wird ein Raum umschlossen, der durch eine Trennwand 6 in einen Arbeitsraum 9 und einen Vorratsraum 7 unterteilt ist. Der Arbeitsraum 9 wird durch die Gehäuserückwand 15 und die Trennwand 6 definiert und der Vörratsraum 7 durch die Genauesevorderwand 4 und die Trennwand 6. Der Läufer 17 erstreckt sich in den. Arbeitsraum 9. Dieser Läufer 17 ist drehfest mit der Antriebswelle 14 verbunden. Im Vorratsraum 7 ist an der Trennwand 6 ein Ventilhebel 2 angeordnet, der eine Ventilöffnung 5 in dieser Trennwand 6 öffnen oder schließen kann. In Öffnungsrichtung besitzt er eine Vorspannung, In der Gehäusevorderwand 4 ist ein Betätigungsstift 10 axial verschiebbar angeordnet, der die Bewegung eines temperaturempfindlichen Steuerelementes in Form eines Bimetalles 1 auf den Vent.ilhebel 2 überträgt, Das Bimetall 1 ist im Abstand von der Gehäusevorderwand 4 an einem Halter 18 befestigt. Zwischen Ventilhebel 2 und Gehäusevorderwand 4 ist ein weiteres temperaturempfindliches Steuerelement in Form eines Bimetalles 3 angeordnet, welches im wesentlichen die Kontur des Ventilhebels 2 aufweist und mit einer öffnung 11 zur Durchführung des Betätigung?stiftes 10 versehen ist. Dieses Bimetall 3 ist ebenfalls zusammen mit dem Ventilhebel 2 an der Trennwand 6 befestigt.
Die prinzipielle Funktionsweise dieser Visco-Lüfterkupplung ist folgende:
Der Läufer 17 bildet im Arbeitsraum 9 mit der Gehäuserückwand 15 und der Trennwand 6 Scherflächen 8. Beim Vorhandensein von Viskoseflüssigkeit an diesen Scherflächen 8 wird ein bestimmtes Drehmoment vom Läufer 17 auf die Gehäuseteile 4, 6 und 15 übertragen, wodurch der Antrieb der Lüfterflügel 12 gewährleistet ist. Diese Kraftübertragung durch die Scherkräfte der Viskoseflüssigkeit kann bei voll zugeschalteter Visco-Lüfterkupplung so abgestimmt werden, daß das Drehzahlniveau der Lüfterflügel 12 einen vorgege-
benen Wert nicht übersteigt, selbst dann nicht, wenn die Antriebsdrehzahl von der Antriebswelle 14 noch wesentlich höher ansteigt. Damit wird beispielsweise die Geräuscherzeugung des Lüfterflügels 12 sowie seine Leistungsaufnahme begrenzt. Im radial äußeren Bereich des Arbeitsraumes 9 ist eine Pumpeinrichtung 16 angeordnet^, welche bei Relativdrehzahl zwischen Läufer 17 und Gehäuse 4 j 6, 15 kontinuierlich Viskoseflüssigkeit aus'dem Arbeitsraum 9 in den Vorratsraum 7 pumpt. Die Drehmomentübertragung der Visco-Lüfterkupplung kann nun dadurch gezielt gesteuert werdens daß der Zufluß von Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum 7 über die Ventilöffnung 5 zu den Scherflächen 8 gesteuert werden kann. Diese Steuerung erfolgt über das Bimetall I3 den Betätigungsstift 10 und den Ventilhebel 2, Das Bimetall 1 ist der durch den Kühler der Brennkraftmaschine streichenden Kühlluft ausgesetzt und wölbt sich bei steigender Temperatur stärker durch, so daß die Ventilöffnung 5 freigegeben wird und der Lüfterflügel 12 angetrieben wird. Bei abfallender Temperatur streckt sich das Bimetall I3 so daß die Ventilöffnung 5 teilweise oder ganz abgedeckt wird. Da die Pumpeinrichtung l6 immer bei Relativdrehzahl zwischen Läufer 17 und Gehäuse arbeitet, wird somit der Arbeitsraum 9 leergepumpt und eine Drehmomentübertragung unterbunden.
Soweit entspricht die Punktion der Visco-Lüfterkupplung dem Stand der Technik, z. B. gem. DE-OS 2 803 975. Probleme ergeben sich nunmehr einerseits aus dem Wunschs die maximale Drehzahl der Lüfterflügel 12 bei voller Drehmomentübertragung relativ niedrig einzuregeln, und andererseits aus der Tatsache heraus,, daß es Brennkraftmaschinen mit sehr hoher Nenndrehzahl gibt. Wird nun bei voll zugeschalteter Visco-Lüfterkupplung längere Zeit im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine gefahren, so werden hohe Schlupfwerte zwischen dem Läufer 17 und den Gehäuseteilen 4, 6j, 15 erzeugt, und zwar mit entsprechend hoher Wärmeentwicklung. Die Lüfterkupplung heizt sich somit selbst auf und es entstehen folgende Probleme: _____
Die Viskosität der Viskoseflüssigkeit wird durch die starke Erhitzung herabgesetzt, wodurch die gewünschte DrehmomentÜbertragungsfähigkeit beeinträchtigt wird. Weiterhin wird die Lebensdauer der Viskoseflüssigkeit durch diese Temperaturspitzen stark
beeinträchtigt. Sämtl'iöh'e verwendeten Materialien der Lüfterkupplung müßten für diese hohen Spitzentemperaturen ausgelegt sein. Die Spalte an den Scherflächen 8 können nicht mehr exakt eingehalten werden, da üblicherweise verwendete Wälzlager 13 bei größeren Temperaturunterschieden zwischen Außen- und Innenring ein größeres Laufspiel erreichen.
Um diesen Problemen von vornherein aus dem Wege zu gehen, wird deshalb ein weiteres Bimetall 3 im Vorratsraum· 7 zwischen Gehäusevorderwand 4 und Ventilhebel 2 angeordnet. Es ist daher direkt der im Inneren der Visco-Lüfterkupplung herrsehenden Temperatur ausgesetzt. In dem für die Lüfterkupplung normalen Temperaturbereich, d. h., sowohl im ausgeschalteten Zustand als auch bei voll zugeschalteter Lüfterkupplung, wird dieses Bimetall 3 mit seinem freien Ende durch Eigenspannung an der Gehäusevorderwand 4 anliegen oder zumindest einen derartigen Abstand vom Ventilhebel 2 aufweisen, daß dieser in seiner Punktion nicht beeinträchtigt ist. Erst bei Anstieg der Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung über ein vorgegebenes Maß hinaus wird das Bimetall 3 den Ventilhebel 2 in Richtung auf die Trennwand 6 zu beaufschlagen und damit die Ventilöffnung 5 verengen. Damit kann die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Visco-Lüfterkupplung herabgesetzt werden, wodurch zwar der Schlupf steigt, aber die. die innere Temperatur erzeugende Verlustleistung stark herabgesetzt wird. Es wird sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem die Lüfterleistung zwar reduziert, aber nicht völlig unterbunden ist, wodurch einerseits noch eine Kühlluftleistung erzeugt wird und andererseits die Eigenerwärmung reduziert ist,
Die möglichen Betriebsstellungen der beiden Bimetalle 1 und 3 sind in den Figuren 2 bis 4 schematisch dargestellt. In Fig. 2 ist die Lufterkupplung in vollkommen abgeschaltetem Zustand dargestellt, d, h,, das Bimetall 1 wird durch die aus dem Kühler strömende Kühlluft so gering beaufschlagt, daß es seine im wesentlichen gestreckte Stellung beibehält und über den Betätigungsstift 10 den Ventilhebel 2 in Anlage an der Trennwand 6 hält und somit die Ventilöffnung 5 verschließt. Damit wird die Kraftübertragung zwischen Läufer 17 und den Gehäuseteilen 4, 6, 15 unterbunden, Die Temperatur im Inneren der Lüfterkupplung ist so nied-
BAD ORIGINAL
daß auch das Bimetall 3 seine Grundstellung einnimmt, indem es auf der Innenseite der Gehäusevorderwand 4 anliegt und den Ventilhebel 2 nicht beeinflußt.
Fig, 3 zeigt den voll zugeschalteten Betriebszustand der Visco-Lüfterkupplung, Durch die Kühllufttemperatur ist das Bimetall 1 stark vorgewölbt und ermöglicht somit dem Ventilh.eb.el- 2, seiner eigenen Vorspannung nachzugeben und die Ventilöffnung 5 zu Öffnen. Dadurch fließt Viskoseflüssigkeit vom Vorratsraum 7 in den Arbeitsraum 9 und der Lüfterflügel 12 wird mit der vorgegebenen Übertragungsleistung beaufschlagt.
Fig, 4 zeigt nun den Schaltzustand, der sich dann einstellt, wenn die Visco^Lüfterkupplung In voll zugeschaltetem Zustand gem« Fig, über einen bestimmten Zeitraum mit besonders hohen Antriebsdrehzahlen beaufschlagt wird. Die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung steigt an und bewirkt eine Steuerbewegung des Birnetalles 3 in Richtung auf die Ventilöffnung 5 zu. Das Bimetall 3 beaufschlagt somit den Ventilhebel 2 und verringert die .Durchflußmenge von Viskoseflüssigkeit durch die Ventilöffnung 5, Die damit verbundene Absenkung der Drehmomentübertragung bringt eine entsprechende Absenkung der Verlustleistung mit sich, so daß sich ein Gleichgewichtszustand einstellen kann.
10,12.1982
^2 Ho/whm-
BAD ORIGINAL

Claims (1)

  1. PICHTEL & SACHS AG - SCHWEINFURT
    ANR 1 001 485
    PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG
    YERFAHREN ZUM BETRIEB EINER VISC(KLUFTERKUPPLUNg UND VISCO-LÜFTERKUPPLUNG NACH DIESEM VERFAHREN
    PATENTANSPRÜCHE
    1J Verfahren zum Betrieb einer Visco-Lüfterkupplung zum Antrieb eines Kühlluft ventilators und Visco-Lüfterkupplung nach diesem Verfahren mit Steuerung des übertragbaren Drehmomentes in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bzw, in Abhängigkeit von einer von der Betriebstemperatur-abgeleiteten Temperatur im Sinne einer Vergrößerung des Drehmomentes bei steigender Temperatur, dad, gek., daß das übertragbare Drehmoment zusätzlich durch die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung im Sinne einer Drehmomentverringerung bei steigender Betriebstemperatur steuerbar ist,
    2. Visco-Lüfterkupplung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuerung des übertragbaren Drehmomentes vorzugsweise durch Füll··- Standsveränderung der Viskoseflüssigkeit in den Scherspalten erfolgt, dad, gek., daß ein temperaturempfindliches Steuerelement wie z. B. ein Bimetall (3) im oder am Gehäuse (4, 15) der Visco-Lüfterkupplung angeordnet ist, welches bei ansteigender Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung den Füllstand verringert .
    3, Visco-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend u. a. aus einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Trennwand, die einen Arbeitsraum von einem Vorratsraum trennt, einem im Arbeitsraum drehbar gelagerten, antreibbaren Läufer, einer Pumpeinrichtung zum Transport von Viskoseflüssigkeit vom
    BAD
    Arbeitsraum in den Vorratsraum, einer Ventileinrichtung in der Trennwand zum Befüllen des Arbeitsraumes mit ■Viskoseflüssigkeit in Abhängigkeit von der Stellung eines zwischen Kühler der Brennkraftmaschine und Visco-Lüfterkupplung angeordneten ersten Bimetalles, dad. gek.,. daß das.auf die Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung ansprechende zweite Bimetall (3) ebenfalls auf die Ventileinrichtung (2, 5) einwirkt,
    4, Visco-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher die Ventileinrichtung aus einem Ventilhebel im Vorratsraum und einer Ventilöffnung in der Trennwand besteht und ein auf der Außenseite der Gehäusevorderwand befindliches erstes Bimetall über einen Betätigungsstift auf den Ventilhebel einwirkt, dad, gek., daß das zweite Bimetall (3) zwischen Ventilhebel (2) und Gehäusevorderwand (4) angeordnet ist, welches direkt auf den Ventilhebel (2) einwirkt, wobei mit zunehmender Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine die Ventilöffnung (5) vergrößert und mit zunehmender Betriebstemperatur der Visco-Lüfterkupplung die Ventilöffnung (5) verkleinert wird.
    5, Visco-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dad. gek., daß das zweite Bimetall (3) in Betätigungsrichtung gesehen, etwa die gleiche Kontur wie der Ventilhebel (2) aufweist und mit einer öffnung (11) zum Durchtritt des BetätigungsStiftes (10) des Bimetalles (1) versehen ist.·'
    6, Visco-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dad, gek., daß Ventilhebel (2) und Bimetall (3) zusammen an der gleichen Stelle an der Trennwand (6) befestigt sind.
    10.12,1982
    PRP-2 Ho/whm-
    BAD ORIGINAL
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