DE3832953A1 - Fluessigkeitskupplung - Google Patents
FluessigkeitskupplungInfo
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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.
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.
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