DE3829809A1 - Fluessigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer Topfscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art bekannt (DE 30 41 829 C2). Bei dieser bekannten Kupplungsbauart sind in der zylindrischen Umfangsfläche der Topfscheibe gewindeartige Ril­ len vorgesehen, die dazu dienen sollen, die in der Arbeitskam­ mer befindliche Kupplungsflüssigkeit durch den ringförmigen Scherspalt zwischen Topfscheibe und Gehäuse hindurch zu einer Sammelnut und von dort über einen Staukörper zurück in die Vor­ ratskammer zu fördern. Diese Maßnahme wird insbesondere bei höheren Leistungen erforderlich, weil dem Umlauf der Kupplungs­ flüssigkeit in bezug auf die notwendige Kühlung entscheidend Bedeutung zukommt. Um den Nachteil der geringen Höhe des ring­ förmigen Scherspaltes an der zylindrischen Übertragungsfläche auszugleichen, sind die gewindeartigen Rillen vorgesehen. Die Herstellung der Topfscheiben für eine solche Flüssigkeits­ reibungskupplung ist aber verhältnismäßig aufwendig. Durch die Anordnung der Sammelnut, die noch in den zylindrischen Bereich der Umfangsfläche der Topfscheibe hereinragt, wird die wirksame Übertragungsfläche auch um den Betrag der Nutenbreite verrin­ gert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeits­ reibungskupplung der genannten Art so auszubilden, daß die Menge der umlaufenden Kupplungsflüssigkeit möglichst groß wird, ohne daß jedoch gewindeartige Rillen in der Umfangsfläche der Topfscheibe oder andere aufwendige Maßnahmen notwendig sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Flüssigkeitsrei­ bungskupplung der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch diese Aus­ gestaltung wird der Scherspalt gegenüber der zylindrischen Um­ fangsfläche der Topfscheibe im Stirnbereich derselben noch etwas radial nach außen verlegt. Dadurch, daß der Raum der Sammelnut damit vom eigentlichen Arbeitsraum auf einen größeren Durchmesser nach außen abgesetzt ist, wird gewährleistet, daß die zur Drehmomentübertragung wirksame Kupplungsflüssigkeit vollständig aus dem Arbeitsspalt abgezogen wird. Diese Maßnahme erlaubt es daher, eine große Kupplungsflüssigkeitsmenge umzu­ wälzen, ohne daß aufwendige Maßnahmen hierzu notwendig sind.

Die Förderung der Kupplungsflüssigkeit zurück in den Vorrats­ raum wird auch durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 4 gefördert. Die radial im Bereich des Randes und in dessen Umfangsfläche mündenden Radialnuten üben einen zusätzlichen Pumpeffekt aus und sorgen vor allen Dingen auch dafür, daß sich selbst bei kleinen Drehzahlunterschieden die im Spalt zwischen der Stirnseite der Topfscheibe und der Trennwand vorhandene Kupplungsflüssigkeit radial nach außen bewegt, dabei stets gleichmäßig den Arbeitsspalt benetzt und so dafür sorgt, daß Drehzahlschwankungen, insbesondere bei kleiner Flüssigkeits­ menge so weit wie möglich ausgeschlossen bleiben.

Die Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 bringen bei der neuen Flüssigkeitsreibungskupplung den Vorteil mit sich, daß die von der Zulaufbohrung aus temperaturgesteuert zufließende Kupp­ lungsflüssigkeit möglichst schnell auch in den hinteren Bereich der Topfscheibe und in den hinteren Bereich der Arbeitskammer gelangen. Die konischen Bohrungen sind zu diesem Zweck auf einem Radius angeordnet, der gleich oder größer ist als der­ jenige, auf dem die Zuflußöffnung liegt. Die Merkmale der An­ sprüche 8 bis 10 bringen den Vorteil mit sich, daß die Benet­ zung der Übertragungsflächen mit der Kupplungsflüssigkeit, die, wie bereits ausgeführt, bei dem in der Regel sehr engen Ar­ beitsspalt von z.B. 0,2 mm begünstigt wird. Die axial verlau­ fenden Kerben können sich leicht mit der Kupplungsflüssigkeit füllen und sorgen dadurch für eine gleichmäßig zunehmende Benetzung. Die Konizität dieser Kerben erzeugt einen vorteil­ haften Förderungseffekt hin zur Sammelnut. Die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 schließlich haben sich als besonders wirkungsvoll für die Wirkungsweise der neuen Kupplung erwiesen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeits­ reibungskupplung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäß ausgestaltete temperaturgesteuerte Flüssig­ keitsreibungskupplung,

Fig. 2 den Längsschnitt durch die bei der Ausführungsform der Fig. 1 verwendete Topfscheibe in einem Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 3,

Fig. 3 die Rückansicht der Topfscheibe der Fig. 2 in Richtung des Pfeiles III der Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht der Topfscheibe der Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV in Fig. 3 gesehen,

Fig. 5 die Ansicht des Gehäuses der Flüssigkeitsreibungskupp­ lung der Fig. 1 ohne die Topfscheibe,

Fig. 6 die vergrößerte Darstellung des in der Fig. 5 mit VI umrandeten Teilbereiches und

Fig. 7 den Schnitt durch den Teilbereich der Fig. 6 längs der Schnittlinie VII-VII.

In der Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung gezeigt, die zum Antritt des Lüfters für den Kühler eines Kraftfahrzeug­ motors dient. Die neue Flüssigkeitsreibungskupplung wird in nicht näher dargestellter Weise durch einen zentralen Schraub­ bolzen, der in eine hohle Antriebswelle (1) einführbar ist, mit einer angetriebenen Welle, beispielsweise unmittelbar mit der Kurbelwelle des Motores verbunden. Drehfest verbunden mit der Hohlwelle (1) ist eine Topfscheibe (3), die in einer Arbeits­ kammer (18) umläuft, die innerhalb eines Gehäuses (4) ausge­ bildet ist. Das Gehäuse (4), das durch einen Deckel (5) abge­ schlossen ist, ist mit Hilfe eines Wälzlagers (2) drehbar auf der hohlen Antriebswelle (1) gelagert. Zwischen dem Deckel (5) und dem Gehäuse (4) ist eine Trennwand (6) vorgesehen, welche die Arbeitskammer (18) von einer Vorratskammer (17) trennt, die im wesentlichen im Deckel (5) gebildet ist und die mit einer Kupplungsflüssigkeit, beispielsweise mit Silikonöl teilweise angefüllt werden kann. Auf der Außenseite des Deckels (5) ist in an sich bekannter Weise ein Bimetallstreifen (9) vorgesehen, der in seiner Mitte eine ringförmige Öffnung zum Durchführen des Schraubbolzens bildet und der auf einen Schaltstift (8) drückt, der dicht durch den Deckel (5) in die Vorratskammer (17) hereingeführt ist und dort an einem Ventilhebel (7) an­ liegt. Der Ventilhebel (7) ist an einer Seite mit zwei Befesti­ gungsnieten (22) an der Trennwand (6) befestigt und liegt in der gezeichneten Lage mit seinem freien beweglichen Ende vor einer Zuflußöffnung (16) in der Trennwand (6), durch die die Kupplungsflüssigkeit von der Vorratskammer (17) in die Arbeits­ kammer (18) treten kann, wenn - temperaturabhängig - der Ventilhebel (7) die Öffnung (16) freigibt. Die Kupplungs­ flüssigkeit tritt in diesem Fall in die Arbeitskammer (18) ein und füllt den Scherspalt zwischen den zylindrischen Umfangs­ flächen (15 a) der Topfscheibe (3) und der zylindrischen Wand (15 b) des Gehäuses, aber auch den äußeren Bereich des Ring­ spaltes zwischen der Trennwand (6) und der Stirnseite (3 a) der Topfscheibe (3). Je nach Füllungsgrad wird daher das Gehäuse (4) von der angetriebenen Topfscheibe (3) mitgenommen. Das Gehäuse (4) weist Befestigungslaschen (27) auf, an denen die Lüfterflügel unmittelbar befestigt werden können. Mit einer solchen Flüssigkeitsreibungskupplung ist daher - in an sich bekannter Weise - eine temperaturabhängige Drehzahlsteuerung des Lüfters für den Kühler eines Kraftfahrzeugmotores möglich.

Aus Fig. 1, insbesondere aber aus den Fig. 2, 3 und 4 geht hervor, daß die Topfscheibe (3) einen radial über die zylindri­ sche Umfangsfläche (15 a) vorstehenden Rand (12) besitzt, der auf einer Seite mit der Stirnfläche (3 a) der Topfscheibe (3) fluchtet. In die Umfangsfläche (12 a) des Randes (12) münden sechs radial verlaufende Nuten (14) mit einem Halbrundquer­ schnitt, die sich von der Umfangsfläche (12 a) des Randes (12) zu der sie offen sind, radial nach innen bis in den Bereich eines Kreises (21) erstrecken, der im Außenbereich der kreis­ förmigen Stirnfläche (3 a) verläuft und beim Ausführungsbeispiel etwas mehr als zwei Drittel des Durchmessers der Stirnfläche (3 a) einnimmt. Auf diesem Kreis (21) liegen die Mittelpunkte (23) der Abschlußradien (r) der Nuten (14), die im übrigen gleichmäßig auf dem Umfang jeweils um 60° gegeneinander ver­ setzt verteilt sind.

Wie sich aus Fig. 1, 2 und 3 ebenfalls ergibt, ist die Topf­ scheibe (3) mit sechs, ebenfalls gleichmäßig auf dem Umfang verteilten konischen Bohrungen (10) versehen, die sich von der Stirnfläche (3 a) der Topfscheibe aus zum inneren Hohlraum (24) der Topfscheibe (3) hin erweitern. Die Bohrungen (10) sind so angeordnet, daß sie jeweils um 30° gegenüber benachbarten Nuten (40) und um 60° gegenüber benachbarten Bohrungen (10) versetzt angeordnet sind. Ihre Mittelpunkte (25) liegen beim Ausfüh­ rungsbeispiel ebenfalls auf dem Kreis (21).

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ragt die Topscheibe (3) mit ihrem Rand (12) in eine Sammelnut (20) herein, die sich radial von der zylindrischen Wand (15 b) des Gehäuses (4) aus nach außen erstreckt. In der Sammelnut ist ein Staukörper (13) angeordnet, der in nicht näher dargestellter Weise dafür sorgt, daß das sich in der Sammelnut (20) anstauende Kupplungsöl über eine Rücklauföffnung in die Vorratskammer (17) zurückgepumpt werden kann. Die Breite (b) des Randes (12) der Topfscheibe (3) ist dabei so bemessen, daß sie etwa der Breite (a) des Staukörpers und in etwa der Breite der Sammelnut (20) entspricht. Die Höhe des Randes (12) ist so gewählt, daß der Rand radial innerhalb, aber benachbart zum Staukörper (13) vorbeilaufen kann.

Wie aus den Fig. 5 bis 7 hervorgeht, sind außerdem im Gehäuse (4) axial verlaufende Kerben (11) vorgesehen, von denen eben­ falls sechs jeweils unter 60° zueinander versetzt gleichmäßig auf dem Umfang der zylindrischen Ringfläche (15 b) des Gehäuses (4) verteilt sind. Die Kerben (11) weisen eine unterschiedliche Tiefe (t ₁) bzw. (t ₂) auf. Ihr Grund (11 a) verläuft daher schräg zu der zylindrischen Gehäusefläche (15 b), und zwar so, daß die Kerbe (11) ihre größte Tiefe (t ₁) auf der dem Rand (12) bzw. dem Staukörper (13) zugewandten Seite hat. Der Durchmesser des Randes (12) ist außerdem so bemessen, daß er etwa in der Größenordnung des Durchmessers liegt, auf dem auch der Grund (11 a) der Kerben (11) an der Stelle ihrer größten Tiefe (t ₁), d.h. an der Mündungsstelle in die Sammelnut (20) liegt.

Die neue Flüssigkeitsreibungskupplung arbeitet wie folgt: Wird die Flüssigkeitszufuhr von der Vorratskammer (17) in die Arbeitskammer (18) durch das Öffnen der Zuflußöffnung (16) eingeleitet, so tritt die Kupplungsflüssigkeit aus dem Bereich der Zuflußöffnung (16) sehr schnell über die konischen Boh­ rungen (10) auch auf die Rückseite der Topfscheibe und gelangt aufgrund der konischen Ausbildung der Innenwand (26) der Topf­ scheibe (3) durch die Rotation der angetriebenen Topfscheibe (3) sehr schnell zum hinteren Rand der Topfscheibe und kann von dort in den Scherspalt zwischen den zylindrischen Flächen (15 a und 15 b) eintreten. Parallel dazu wird die Kupplungsflüssigkeit aber auch durch die Wirkung der Nuten (14) aus dem Eintritts­ bereich in den radial verlaufenden Ringspalt zwischen der Stirnfläche (3 a) und der Trennwand (6) geführt. Die Kupplungs­ flüssigkeit verteilt sich dabei sehr schnell gleichmäßig, was bewirkt, daß Drehzahlschwankungen auch beim Zufluß nur geringer Kupplungsflüssigkeitsmengen nicht auftreten. Durch die Anord­ nung des radial überstehenden Randes wird die im Scherspalt zwischen den Ringflächen (15 a, 15 b) befindliche Kupplungs­ flüssigkeit aber auch in die Sammelnut (20) gefördert, was durch die gleichmäßig auf dem Umfang des Gehäuses (4) verteil­ ten Kerben (11) begünstigt wird. Der Rand (12) arbeitet dabei aufgrund seiner Dimensionierung in seinem auf der Stirnfläche (3 a) gelegenen Bereich, aber auch auf der anderen Seite mit als Scherfläche, gleichzeitig aber zusammen mit den Kerben (11) auch als Pumpmittel, um die Kupplungsflüssigkeit so schnell als möglich wieder in den Vorratsraum (17) zurückzufördern. Durch die neue Ausgestaltung kann daher ein sehr reger Umlauf von Kupplungsflüssigkeit auch schon bei geringen Flüssigkeitsmengen erreicht werden. Die Kupplung kann daher druckfrei und modulie­ rend, d.h. kontinuierlich zuschaltend arbeiten, besitzt aber auch den Vorteil, daß die in den Scherspalten entstehende Wärme durch die größere umlaufende Flüssigkeitsmenge auch sehr schnell abgeführt werden kann. Die thermische Belastung der Kupplung ist daher relativ gering. Kupplungen der neuen Art können daher für die Übertragung größerer Leistungen eingesetzt werden. Die neue Kupplung weist aber auch aufgrund ihrer Ausge­ staltung den Vorteil auf, daß sie ein besseres Kaltstartver­ halten hat, weil die Kupplungsflüssigkeit beim Anlaufen in der vorher erwähnten Weise sehr schnell von den Scherflächen abgezogen wird. Schließlich weist sie auch ein ausgezeichnetes Regelverhalten auf.

Claims (12)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer Topfscheibe (3) und einem die Topfscheibe umgebenden Gehäuse (4) mit einer Arbeitskammer (18), die einen zylindrischen Ringspalt (19) mit der Umfangsfläche (15 a) der Topfscheibe (3) bildet, und mit einer Trennwand (6) an die Stirnfläche (3 a) der Topfscheibe (3) angrenzt, die sie von einer Vorratskammer (17) abteilt, wobei in der Trennwand eine Zuflußöffnung (16) für die Kupplungsflüs­ sigkeit angeordnet ist, die temperaturabhängig von einem Ventilhebel (7) freigegeben oder verschlossen wird, und im Bereich des stirnwandseitigen Endes des Ringspaltes (19) im Gehäuse (4) eine umlaufende Sammelnut (20) mit einem Staukörper (13) und einem Rückführkanal vorgesehen sind, durch den die Kupplungsflüssigkeit aus der Arbeitskammer in die Vorratskammer zurückgepumpt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Topfscheibe (3) mit einem radial über die Umfangsfläche (15 a) vorstehenden Rand (12) versehen ist, der in die umlaufende Sammelnut (20) hereinragt.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (3 b) der Topfscheibe (3) mit radial verlaufenden Nuten (14) versehen ist, die in der Umfangsfläche (12 a) des Randes (12) münden.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (14) nur im radial äußeren Bereich der Stirnfläche (3 a) vorgesehen sind.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Nuten (14) vorgesehen sind.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß konische Öffnungen (10) ver­ teilt auf dem Umfang zwischen den Nuten (14) angeordnet sind, die sich von der Stirnseite (3 a) der Topfscheibe (3) aus in den Hohlraum der Topfscheibe erweitern.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Öffnungen (10) in dem radial äußeren Bereich vorgesehen sind, in dem auch die Nuten (14) angeordnet sind und auf einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser, auf dem die Zuflußöffnung (16) liegt.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der konischen Öffnungen (10) auf einem Kreis (21) liegen, auf dem auch die Mittelpunkte der die Nuten (14) radial nach innen abschließenden Radien (r) liegen.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der parallel zu der Umfangsfläche (15 a) der Topfscheibe (3) verlaufenden Ringfläche (15 b) des Gehäuses (4) axial oder etwa axial verlaufende Kerben (11) vorgesehen sind, die in die Sammelnut (20) münden.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (11) mit einem Profil unter­ schiedlicher Tiefe (t ₁, t ₂) versehen sind, wobei die größte Tiefe (t ₁) der Kerben (11) im Bereich der Sammelnut (20) liegt.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Kerben (11) gleich­ mäßig auf dem Umfang des Gehäuses (4) verteilt vorgesehen sind.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch­ messer (D) des Randes (12) der Topfscheibe (3) etwa dem Durch­ messer entspricht, auf dem der Grund (11 a) der axial verlaufen­ den Kerben (11) an der Stelle ihrer größten Tiefe (t ₁) liegt.

12. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (12) eine axiale Breite (b) hat, die etwa der Breite (a) des Staukörpers (13) entspricht.