DE3832953A1 - Fluessigkeitskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskupplung mit einer temperaturabhängigen dreistufigen Steuerung des Ausgangsdrehmomentes.

Bei herkömmlichen Flüssigkeitskupplungen zum Antrieb des Kühlgebläses eines Kraftfahrzeuges wird der Flüssig­ keitsstrom zwischen einem Speicherraum und einem Arbeits­ raum in zwei Stufen gesteuert, um den Energieverlust zu reduzieren und außerdem ein zu starkes Kühlen des Motors zu verhindern. Bei dieser zweistufigen Steuerung kann jedoch die Flüssigkeitskupplung, da die Umdrehungszahl des Gebläses einfach von einer hohen Geschwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit bei einer vorbestimmten Einstelltemperatur umgeschaltet wird, ein Geräusch ver­ ursachen und den Motor in einem stärkeren oder geringeren Ausmaß als erwartet abkühlen.

Um diese Nachteile zu beheben, wird beispielsweise in der JP-OS 55(1980)-69 326 eine Flüssigkeitskupplung be­ schrieben, mit einer dreistufigen Steuerung des Flüssig­ keitsstromes. Bei dieser dreistufig gesteuerten Flüssig­ keitskupplung sind zwei Schlitze in der Platte vorgesehen, die den Speicherraum von dem Arbeitsraum abtrennt, um eine Verbindung zwischen den beiden Räumen herzustellen. Wenn sich die Temperatur unterhalb des ersten Einstell­ wertes befindet, schließt das auf Temperaturänderungen an­ sprechende Element die beiden Schlitze, so daß das Gebläse auf eine geringe Umdrehungszahl eingestellt wird durch die Begrenzung des Flüssigkeitsstromes (siehe die erste Stufe in Fig. 5). Wenn die Temperatur den Einstellwert erreicht, öffnet das auf Temperaturänderungen ansprechende Element einen der Schlitze, um die Flüssigkeit dem Arbeitsraum zuzu­ führen. Das Gebläse wird dann auf eine mittlere Umdrehungs­ zahl eingestellt (siehe die zweite Stufe in Fig. 5). Wenn die Temperatur auf den zweiten Einstellwert ansteigt, öffnet das auf Temperaturänderungen ansprechende Element die beiden Schlitze, um die Drehmomentübertragung auf ein Maximum ansteigen zu lassen. Das Gebläse wird auf eine hohe Umdrehungszahl eingestellt (siehe die dritte Stufe in Fig. 5). Dementsprechend steuert diese Flüssigkeitskupplung die Ge­ bläseumdrehungszahl in drei Stufen.

Bei dieser dreistufigen Flüssigkeitskupplung, gemäß der Dar­ stellung in Fig. 5, wird jedoch die Umdrehungszahl des Ge­ bläses stufenweise, entsprechend der ersten und der zweiten Einstelltemperatur, geändert. Dementsprechend ändert sich die Umdrehungszahl abrupt bei der jeweiligen Einstelltemperatur. Im besonderen bei der zweiten Einstelltemperatur ist das auf­ tretende Gebläsegeräusch ganz erheblich und führt zu Unan­ nehmlichkeiten. Diese Änderung der Umdrehungszahl bewirkt auch eine abrupte Änderung des Drehmomentes, und dementsprechend führt die durch diese Änderung verursachte Wechselbe­ lastung zu einem nachteiligen Einfluß auf den Gebläse­ treibriemen und dessen Lebensdauer. Die Gründe für dieses erhebliche Gebläsegeräusch ist die abrupte Änderung der Gebläseumdrehungszahl zusätzlich zu dem absoluten Niveau des Gebläsegeräusches, das schon ohnehin hoch ist, da die Gebläseumdrehungszahl bei einem hohen Niveau liegt.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, unter Behebung der aufgezeichneten Nachteile, die Flüssigkeitskupplung so auszugestalten, daß eine abrupte Änderung der Gebläseumdrehungszahl vermieden wird, indem die Gebläseumdrehungszahl linear zwischen der zweiten und der dritten Stufe gesteuert wird.

Dabei soll gleichzeitig, gemäß der Erfindung, eine abrupte Änderung der Drehmomentübertragung verhindert werden, um die Belastungen des Gebläsetreibriemens zu reduzieren.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich einer bevorzugten Ausgestaltung auf das Merkmal des Unteranspruches verwiesen wird.

Gemäß der Erfindung steuert das auf Temperaturänderungen an­ sprechende Element der Flüssigkeitskupplung die Öffnung eines ersten Schlitzes allmählich mit dem Temperaturanstieg, nach­ dem die Temperatur den zweiten Einstellwert erreicht hat.

Wenn sich dementsprechend bei der erfindungsgemäßen Flüssig­ keitskupplung die Temperatur unterhalb der ersten Einstell­ temperatur befindet, reagiert das auf Temperaturänderungen an­ sprechende Element nicht, so daß die Schlitze geschlossen sind und den Flüssigkeitsstrom zwischen dem Speicherraum und dem Arbeitsraum unterbrechen. Zu dieser Zeit wird die Flüssigkeit in dem Arbeitsraum mittels eines Pumpmechanismus in den Speicherraum überführt, und das Drehmoment wird durch die geringste Flüssigkeitsmenge übertragen. Dementsprechend ist die Gebläseumdrehungszahl gering. Das auf Temperaturänderungen ansprechende Element beginnt entsprechend dem Temperaturan­ stieg zu reagieren. Wenn die Temperatur den ersten Einstell­ wert erreicht hat, wird der zweite Schlitz geöffnet und führt die Flüssigkeit nur der zweiten Drehmomentübertragungsober­ fläche zu. Das übertragene Drehmoment befindet sich dann bei einem mittleren Wert, und die Gebläseumdrehungszahl wird auf einen Mittelwert eingestellt. Wenn die Temperatur den zweiten Einstellwert erreicht, beginnt das auf Temperaturänderungen ansprechende Element einen ersten Schlitz allmählich in Ra­ dialrichtung zu öffnen. Da die Flüssigkeit in dem Speicher­ raum durch die von der Gehäuserotation verursachte Zentri­ fugalkraft in den Umfangsbereich des Gehäuses geführt wird, steigt der Flüssigkeitsstrom von dem Speicherraum in den Arbeitsraum linear an, entsprechend der allmählichen Ver­ größerung der Schlitzöffnung in Radialrichtung. Somit steigt das von der ersten Drehmomentübertragungsoberfläche über­ tragene Drehmoment linear an. Dementsprechend steigt auch die Gebläseumdrehungszahl allmählich linear mit dem Tempera­ turanstieg an, nachdem der zweite Temperatureinstellwert erreicht ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flüssigkeits­ kupplung, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen flüssigkeits­ kupplung,

Fig. 2 eine Kanüle gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Be­ ziehung zwischen der Lufttemperatur und der Gebläseumdrehungszahl gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Be­ ziehung zwischen der Lufttemperatur und dem übertragenen Drehmoment gemäß der Erfindung, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Lufttemperatur und der Ge­ bläseumdrehungszahl einer herkömmlichen Flüssigkeitskupplung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Flüssigkeitskupplung gemäß der Erfindung wiedergegeben. Die Kupplung gemäß Fig. 1 umfaßt ein Eingangselement 2, das von dem Motor eines Kraft­ fahrzeuges angetrieben wird, sowie ein Ausgangselement 3, das über ein Lager drehbar an dem Eingangselement 2 gehalten ist. Das Ausgangselement 3 umfaßt ein Basiselement 3-1, das auf dem Eingangselement 2 gehalten ist, sowie ein Abdeckelement 3-2. Diese Elemente bilden ein Gehäuse. Eine Gebläsean­ ordnung ist durch entsprechende Verbindungselemente an dem Ausgangselement 3 befestigt.

Ein Rotor 1 ist mit einem Ende an das Eingangselement 2 ange­ schlossen und umfaßt ein Labyrinth zwischen der äußeren Ober­ fläche des Rotors 1 und dem Basiselement 3-1 als erste Dreh­ momentübertragungsoberfläche von dem Rotor 1 auf das Ausgangs­ element 3. Eine Platte 5, die an einem Schulterbereich des Abdeckelementes 3-2 des Ausgangselementes 3 gehalten ist, teilt das Gehäuse als Ausgangselement 3 in einen Arbeitsraum 7, der den Rotor 1 einschließt und einen Speicherraum 6. Eine Flüssig­ keit, die sich in dem Speicherraum 6 befindet, bei welcher es sich beispielsweise um Silikonöl handeln kann, wird durch einen ersten Schlitz 11, der in der Platte 5 vorgesehen ist, in den Arbeitsraum zurückgeführt und strömt durch einen Flüssigkeitsdurchlaß 12 zur ersten Drehmomentübertragungsober­ fläche 9. Wenn sich das Eingangselement 2 dreht, wird ein Drehmoment von dem Eingangselement 2 auf das Ausgangselement 3 durch die Flüssigkeit in dem Arbeitsraum 7 übertragen. Zwischen der anderen Seite der Platte 5 und dem Rotor 1 ist ein Labyrinth vorgesehen als zweite Drehmomentübertragungsober­ fläche 10. Der zweite Schlitz 13, der eine geringere Fläche abdeckt als der erste Schlitz 11, ist an der Platte 5 vorge­ sehen. Wenn Flüssigkeit von dem Speicherraum 6 in den Arbeits­ raum 7 über den zweiten Schlitz 13 an der zweiten Drehmoment­ übertragungsoberfläche 10 vorbeiströmt wird ein Drehmoment von dem Eingangselement 2 auf das Ausgangselement 3 übertragen. Der erste Schlitz 11 befindet sich weiter innen als der zweite Schlitz 13 und vermag einen Anschluß an den Flüssigkeitsdurch­ laß 12 herzustellen. Der erste Schlitz ist zu einer Figur aus­ gestaltet, die sich von der Innenseite zu öffnen beginnt, wobei die Öffnung allmählich zur äußeren Seite hin größer wird, wenn das Ventilelement 15 sich dreht, um den Schlitz 11 zu öffnen, wobei die figürliche Ausgestaltung beispielsweise ein in Fig. 2 dargestelltes Parallelogramm sein kann. Diese Form kann jedoch verändert werden in andere Formen, bei welchen die Öffnung allmählich zur äußeren Seite hin größer wird, ent­ sprechend der Bewegung des Ventilelementes 15.

Eine Flüssigkeitsströmung von dem Arbeitsraum 7 in den Speicher­ raum 6 wird durch ein Pumpelement 8 bewerkstelligt, das an der Platte 5 vorgesehen ist. Die Menge der Flüssigkeit in dem Arbeitsraum 7 hängt von dem Flüssigkeitszustrom durch den ersten Schlitz 11 und dem Abstrom durch das Pumpelement 8 ab. Das Pumpelement 8 kann an dem Gehäuse vorgesehen sein.

Ein auf Temperaturänderungen ansprechendes Element, bei welchem es sich beispielsweise um eine Bimetallspirale 14 handeln kann, ist vorgesehen. Ein Ende der Bimetallspirale 14 ist an das Abdeckelement 3-2 angeschlossen, während das andere Ende der Bimetallspirale mit einem Stab 16 in Ver­ bindung steht. Der Stab 16 ist mit dem Ventilelement 15 verbunden. Somit dreht die Bimetallspirale 14 den Stab 16 und das Ventil 15, entsprechend der jeweils herrschenden Temperatur. Wenn, unter Bezugnahme auf Fig. 2, die Tempera­ tur sich unterhalb des ersten Einstellwertes befindet, die durch (1) in Fig. 2 angegeben ist, sind der erste Schlitz 11 und der zweite Schlitz 13 durch das Ventilelement 15 geschlossen. Wenn die Temperatur den ersten Einstellwert erreicht, dreht die Bimetallspirale 14 den Stab 16 in eine solche Position, in welcher das Ventil 15 nur den zweiten Schlitz 13 öffnet, wie dies durch (2) in Fig. 2 wiedergegeben ist. Wenn die Temperatur den zweiten Einstellwert erreicht, beginnt das Ventil 15 den ersten Schlitz 11 zusätzlich zum zweiten Schlitz 13 zu öffnen, entsprechend der Darstellung bei (3) der Fig. 2.

Wenn, gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, das Fahr­ zeug in kalter Luft gefahren wird, das heißt, daß die Tempera­ tur sich unterhalb des ersten Einstellwertes, beispielsweise bei 40°C befindet, schließt das Ventil 15 die beiden Schlitze 11 und 13. Dann wird die Flüssigkeit im Arbeitsraum 7 zum Speicherraum 6 durch den Pumpmechanismus 8 geführt. Somit verbleibt das Gebläse bei einer niedrigen Umdrehungszahl, wie dies im Bereich (1) der Fig. 3 wiedergegeben ist. Wenn die Bimetallspirale die erste Einstelltemperatur erreicht, öffnet das Ventil 15 den zweiten Schlitz 13. Die Gebläseumdrehungszahl hängt von dem Flüssigkeitsstrom ab, der an der zweiten Dreh­ momentübertragungsoberfläche 10 vorbei durch den zweiten Schlitz 13 strömt, wie dies im Bereich (2) der Fig. 3 wiedergegeben ist.

Wenn die Bimetallspirale 14 die zweite Einstelltemperatur erreicht, die beispielsweise bei 70°C liegt, beginnt das Ventil 15 den ersten Schlitz 11 zu öffnen. Zu dieser Zeit wird die Flüssigkeit im Speicherraum 6 zur Außenseite des Abdeckelementes 3-2 durch die Zentrifugalkräfte geführt, die durch die Rotation des Ausgangselementes 3 entstehen. Infolge der Ausgestaltung des ersten Schlitzes 11 als Parallelogramm öffnet das Ventilelement 15 den ersten Schlitz 11 von der Innenseite zur Außenseite allmählich, wie dies durch (2) bis (4) in Fig. 2 wiedergegeben ist, wobei die Flüssigkeit, die dem Durchlaß 12 zugeführt wird, allmählich ansteigt. Dementsprechend wird das Drehmoment, das von der ersten Drehmomentübertragungsfläche 9 übertragen wird, dem von der zweiten Drehmomentübertragungsfläche 10 übertragenen Drehmoment allmählich hinzugefügt. Die Fig. 4 zeigt diesen Übergang als dritten Schritt. Damit ändert sich die Gebläse­ umdrehungszahl allmählich, wie dies im Bereich (3) der Fig. 3 wiedergegeben ist.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angeführt werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Eine Flüssigkeitskupplung umfaßt eine dreistufige Steuerung der Drehmomentübertragung. Die Kupplung besitzt zwei Schlitze (11, 13). Ein Schlitz (13) wird geöffnet, wenn die Temperatur einen ersten Einstellwert erreicht. Der andere Schlitz (11) wird geöffnet, wenn die Temperatur den zweiten Einstellwert erreicht. Der letztere Schlitz (11) besitzt eine Form, deren Öffnung allmählich ansteigt, entsprechend der Bewegung eines Ventilelementes (15), so daß die Drehmomentübertragung all­ mählich von dem zweiten Drehmomentübertragungszustand auf einen dritten Drehmomentübertragungszustand ansteigt.

Claims (2)

1. Flüssigkeitskupplung, gekennzeichnet durch
ein Eingangselement (2) mit einem drehbar gelagerten Rotor (1), der von einem Motor angetrieben ist,
ein Ausgangselement (3) mit einem gegenüber dem Ein­ gangselement (2) drehbaren Gehäuse (3-1, 3-2),
einen Speicherraum (6) zwischen dem Eingangselement (2) und dem Ausgangselement (3) zur Speicherung einer Flüssigkeit,
eine in dem Gehäuse (3-1, 3-2) angeordneten Platte (5),
einen Arbeitsraum (7) zur Aufnahme des Rotors (1),
einen Pumpmechanismus (8) zur Überführung einer Flüssigkeit von dem Arbeitsraum (7) in den Speicher­ raum (6),
eine erste Drehmomentübertragungsoberfläche (9) zwischen einer Stirnfläche des Rotors (1) und einer Stirnfläche der Platte (5),
eine zweite Drehmomentübertragungsoberfläche (10) zwischen der anderen Stirnfläche des Rotors (1) und einer Fläche des Ausgangselementes (3),
einen Flüssigkeitsdurchlaß (12), der an dem Rotor (1) ausgebildet und auf der Innenseite der ersten und zweiten Drehmomentübertragungsfläche (9, 10) angeordnet ist,
einen zweiten Schlitz (13), der an der Platte (5) ausge­ bildet ist, zur Verbindung des Speicherraumes (6) mit der ersten Drehmomentübertragungsoberfläche (9),
einen ersten Schlitz (11), der an der Platte (5) ausge­ bildet ist, zur Herstellung einer Verbindung zum Flüssig­ keitsdurchlaß (12), sowie
ein auf Temperaturänderungen ansprechendes Element (14), über welches bei einer ersten Einstelltemperatur der zweite Schlitz (13) und bei einer zweiten Einstelltempera­ tur der erste Schlitz (11) in einen offenen Zustand über­ führbar sind,
wobei nach Erreichen der zweiten Einstelltemperatur die Öffnung des ersten Schlitzes (11) allmählich mit dem An­ stieg der Temperatur freigebbar ist.

2. Flüssigkeitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schlitz (11) die Form eines Parallelogramms besitzt.