DE4032029C2 - Visco-Kupplung - Google Patents
Visco-KupplungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Visco-Kupplung, d. h.
auf eine Kupplungsvorrichtung mit einem viskosen Fluid.
Diese Visco-Kupplung kann beispielsweise als eine Kupp
lung für ein Kraftfahrzeug-Kühlgebläse od. dgl. zum
Einsatz kommen.
Eine herkömmliche Kupplung für ein Kraftfahrzeug-Kühlge
bläse weist den Nachteil einer induzierten Drehung eines
rund um dessen Gehäuse angeordneten Ventilators oder Lüf
ters auf, weil die gesamte, im Gebläse eingeschlossene vis
kose Flüssigkeit nicht in einer Vorratskammer der Gebläse
kupplung aufgenommen werden kann, wenn der Motor stillge
setzt wird, und die in einer Betätigungskammer der Gebläse
kupplung verbleibende viskose Flüssigkeit folglich ein Dreh
moment auf das Gehäuse der Gebläsekupplung überträgt, wenn
der Motor wieder gestartet wird, so daß die induzierte Dre
hung des Ventilators hervorgerufen wird.
Um diesem Nachteil zu begegnen ist in der DE 38 01 883 A1 eine
Visco-Kupplung vorgeschlagen, die beiderseits einer
Arbeitskammer je eine Vorratskammer hat, in denen an der
Drehmomentübertragung unbeteiligtes Fluid gespeichert ist. Die
Vorratskammern nehmen beim Stillstand der Kupplung einen Teil
des Fluids auf, so daß die Füllhöhe der Arbeitskammer in der
Kaltstartphase des Motors klein ist. Mit steigender
Motortemperatur steigt die Füllhöhe in der Arbeitskammer an, so
daß die Kühlleistung des Ventilators ansteigt. Dies beim
Stillstand der Kupplung in der zweiten Vorratskammer
gespeicherte Fluid wird bei Drehnung der Kupplung kontinuierlich
in die Arbeitskammer abgegeben und von dort gleich in die erste,
temperaturabhängig regelbare Vorratskammer weitergefördert. Bei
einer kompakten Bauweise hat diese Kupplung wegen einer geringen
Wärmeabfuhr von der Arbeitskammer jedoch den Nachteil, daß der
Wirkungsgrad der Kupplung im Vollastbetrieb klein ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfinddung, eine gattungsgemäße Visco-
Kupplung hinsichtlich ihres Wirkungsgrads im Vollastbereich bei
kompakter Bauweise zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Visco-Kupplung sind die beiden
Vorratskammern auf nur einer Seite der Arbeitskammer
angeordnet. Als Ergebnis dessen ist es möglich, das Auftre
ten der induzierten Drehung des rund um das Gehäuse der
Visco-Kupplung sich befindenden Ventilators oder Lüfters
zum Zeitpunkt des Startens des Motors zu verhindern, und
dieser Vorteil kann durch die Erfindung ohne Vergrößerung
der axialen Länge der Kupplung erreicht werden.
Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen Visco-Kupp
lung die Wärme des in der Arbeitskammer enthaltenen
viskosen Fluids wirksam während des Betriebs der Visko
kupplung abgestrahlt werden, weil die beiden Speicherkam
mern auf der einen Seite der Arbeitskammer
angeordnet sind.
Die Aufgabe sowie weitere Ziele der Erfindung wie auch deren
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden, auf die
Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich.
Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt einer Visco-Kupp
lung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 den Schnitt nach der Linie A-A in der Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie B-B in der Fig. 1.
Die Visco-Kupplung 10 umfaßt eine Welle 11, einen Rotor
12 und ein Gehäuse 13, welches eine Trennplatte 15 sowie
eine Trennwand 40 enthält. Die Welle 11 ist zu ihrer Dre
hung mit der Kurbelwelle eines (nicht dargestellten) Motors
über einen Riemen verbunden und empfängt somit eine von der
Motorkurbelwelle übertragene Drehkraft. Der Rotor 12 ist
mit dem einen (in Fig. 1 linken) Ende der Welle 11 drehfest
verbunden.
Das Gehäuse 13 stützt die Welle 11 mit Hilfe eines Lagers
14 in ausbau- und drehbarer Beziehung ab. Das Innere des
Gehäuses 13 ist durch die Trennplatte 15 in eine (in Fig.
1 linke) Vorratskammer 16 und eine (in Fig. 1 rechte)
Arbeitskammer 17 geteilt. Die Trennplatte 15 ist an der
Innenwand des Gehäuses 13 in zur Achse der Welle 11 recht
winkliger Lage befestigt.
Die Vorratskammer 16 ist durch die im wesentlichen paral
lel und koaxial zur Achse der Welle 11 verlaufende Trenn
wand 40 in eine innere Vorratskammer 18 und eine zu
dieser konzentrische äußere Vorratskammer 19 unter
teilt, und diese beiden Vorratskammern 18 sowie 19 stehen
miteinander nicht in Verbindung. Wie den Fig. 1-3 zu ent
nehmen ist, sind an einer der Arbeitskammer 17 gegenüber
liegenden Stirnfläche der Trennplatte 15 mehrere Pumpansät
ze oder- vorsprünge 20, und zwar vier solche Ansätze 20 bei
der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform, ausgebil
det. Ferner sind mehrere Verbindungsöffnungen 21 durch die
Trennplatte 15 hindurch an Stellen gebohrt, die in der Dreh
richtung des Rotors 12 stromab von den Pumpansätzen 20 lie
gen. Die Drehrichtung des Rotors 12 ist in Fig. 2 durch den
Pfeil C angegeben und verläuft bei Betrachtung in Richtung
der Linie A-A von Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn. Im in
Rede stehenden Fall sind vier Verbindungsöffnungen 21 an
den angegebenen Stellen durch die Trennplatte 15 gebohrt,
und diese Öffnungen 21 stehen bei der bevorzugten Ausfüh
rungsform mit der äußeren Vorratskammern 19 in Verbin
dung.
Ferner sind mehrere Pumpöffnungen 22 durch die Trennplatte
15 an solchen Stellen gebohrt, die mit Bezug auf die Pumpan
sätze 20 zu Verbindungsöffnungen 21 entgegengesetzt liegen,
und zwar sind bei der bevorzugten Ausführungsform zwei sol
che Pumpöffnungen 22 durch die Trennplatte 15 gebohrt. Die
Pumpöffnungen 22 verbinden über mehrere Verbindungskanäle
23, die an der den Pumpansätzen 20 entgegengesetzten Stirn
fläche der Trennplatte 15 ausgebildet sind, die Arbeitskammer
17 mit der inneren Vorratskammer 18. Im in Rede
stehenden Fall sind zwei Verbindungskanäle 23 (entsprechend
zwei Pumpöffnungen 22) vorhanden.
Des weiteren sind eine erste Fluidzufuhröffnung 24 und eine
zweite Fluidzufuhröffnung 25 an Stellen eines inneren Umfangs
bereichs der Trennplatte 15 durch diese gebohrt. Diese Fluid
zufuhröffnungen 24 und 25 verbinden die Arbeitskammer
17 mit der inneren Vorratskammer 18, in welcher ein
Absperrorgan 26 angeordnet ist, das am einen (in Fig. 1
rechten) Ende einer Stange 28 lösbar gehalten ist. Das Ab
sperrorgan 26 dient dem Öffnen und Schließen der ersten so
wie zweiten Fluidzufuhröffnung 24 und 25. Am anderen (in
Fig. 1 linken) Ende der Stange 28 ist ein Temperaturfühler,
z. B. ein Bimetall od. dgl., befestigt, der sich außerhalb
des Gehäuses 13 befindet.
Der Rotor 12 ist in der Arbeitskammer 17 aufgenommen,
so daß folglich eine Stirnfläche des Rotors 12 (auf der
linken Seite in Fig. 1) und eine Stirnfläche der Trennplat
te 15 (auf der rechten Seite in Fig. 1) einander gegenüber
liegen und dabei ein Labyrinth als ein
erstes Drehmoment-Übertragungselement 29 bilden. Ferner
sind eine (in Fig. 1 rechte) Stirnfläche des Rotors 12 und
die (in Fig. 1 linke) Innenwandfläche der Arbeitskam
mer 17 in Gegenüberlage zueinander angeordnet, so daß sie
ein Labyrinth als ein zweites Drehmoment-Übertragungs
element 30 bilden. An einer einem Innenumfangsabschnitt
des Rotors 12 nahen Stelle ist durch diesen hindurch eine
Verbindungsbohrung 31 ausgestaltet, die die beiden Stirn
flächen des Rotors 12 untereinander verbindet.
Des weiteren ist ein (nicht dargestellter) Ventilator oder
Lüfter an einem Außenumfangsteil des Gehäuses 13 fest ange
bracht, und eine viskose Flüssigkeit, wie z. B. Silikonöl,
ist im Gehäuse 13 abgedichtet aufgenommen. Schließlich ist
die Visco-Kupplung 10 in dieser bevorzugten Ausführungsform
am Motor so angeordnet, daß die Vorratskammer 16 eine front
seitige Stirnfläche des Motors bildet und einer rückwärtigen
Fläche eines (nicht dargestellten) Kühlers gegenüberliegt.
Im folgenden wird auf die Arbeitsweise der Visco-Kupplung
10 mit der oben beschriebenen Konstruktion eingegangen. Wenn
der Motor stillsteht, so verbleibt zunächst ein Teil der
viskosen, im Gehäuse 13 aufgenommenen Flüssigkeit in der
inneren Vorratskammer 18. Der Rest der viskosen Flüs
sigkeit tritt durch die Verbindungsöffnungen 21 und bleibt
in den unteren Teilen der äußeren Vorratskammer 19 sowie
der Arbeitskammer 17 stehen. Demzufolge stehen das erste
sowie zweite Drehmoment-Übertragungselement 29 und 30 in
einer nur geringen Menge der viskosen Flüssigkeit.
Wenn der Motor gestartet wird, so wird über den erwähnten
Riemen die Drehkraft der Motor-Kurbelwelle auf die Welle
11 übertragen, die zu drehen beginnt. In diesem Zeitpunkt
ist das von dem mit der Welle 11 einstückigen Rotor 12 auf
das Gehäuse 13 zu übertragende Drehmoment außerordentlich
klein, weil das erste sowie zweite Drehmoment-Übertragungs
element 29 und 30 in eine geringere Menge an viskoser Flüs
sigkeit eintauchen, wie oben erwähnte wurde, wenn der Motor
nicht läuft. Somit läuft der am Außenumfang des Gehäuses
13 befestigte Ventilator mit einer extrem niedrigen Ge
schwindigkeit um. Deshalb dreht der Ventilator nicht, um
den Motor zu kühlen, selbst im Fall einer niedrigen Kühlwas
sertemperatur des Motors gleich nach dessen Starten.
Nach dem Starten des Motors und Verstreichen einer vorbe
stimmten Zeitspanne steigt die Kühlwassertemperatur des Mo
tors an, so daß sich die Notwendigkeit für ein Drehen des
Ventilators ergibt. Da die Visco-Kupplung 10 der bevorzug
ten Ausführungsform gemäß der Erfindung so ausgebildet ist,
daß der Ventilator an ihrem Außenumfang befestigt ist, und
weil sie zwischen dem Motor sowie dem Kühler angeordnet ist,
kann die Visco-Kupplung 10 durch Drehen des Ventilators
den Kühler, das Motorkühlwasser und demzufolge auch den Mo
tor stark kühlen.
Wenn der Rotor 12 umläuft, so wird nämlich die viskose Flüs
sigkeit in der Arbeitskammer 17 und der äußeren
Vorratskammer 19 in deren Außenumfangsbereichen durch die
aus der Drehung des Rotors 12 resultierende Zentrifugalkraft
gesammelt. Dann wird, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, die
gesammelte viskose Flüssigkeit durch die Pumpansätze 20
blockiert, in die Pumpöffnungen 22 geführt und zu der inneren
Vorratskammer 18 mittels der Verbindungskanäle 23
abgegeben. Andererseits wird die in die äußere Vorratskammer
19 eingefüllte viskose Flüssigkeit der Arbeits
kammer 17 über die Verbindungsöffnungen 21 durch die Wirkung
eines Unterdrucks, der an in der Drehrichtung des Rotors
mit Bezug zu den Pumpansätzen 20 stromabwärtigen Stellen
erzeugt wird, und letztlich der inneren Vorratskammer 18 in der oben erwähnten Weise zugeführt.
Unter dem oben angegebenen Zustand wird die durch den Küh
ler tretende Luft auf eine hohe Temperatur gebracht, weil
sich die Kühlwassertemperatur des Motors erhöht hat. Die
hohe Temperatur wird folglich durch den Temperaturfühler
27 erfaßt, der das Absperrorgan 26 dreht. Je höher die Luft
temperatur wird, desto größer wird die Drehbewegung des Ab
sperrorgans 26, d. h., wenn die Lufttemperatur nicht beson
ders hoch ist, so dreht das Absperrorgan 26 nur über einen
geringen Drehungsgrad, um lediglich die erste Fluidzufuhr
öffnung 24 freizugeben. Demzufolge wird die viskose Flüs
sigkeit nur dem ersten Drehmoment-Übertragungselement 29
von der inneren Vorratskammer 18 zugeführt, weshalb
der Rotor 12 ein Drehmoment geringerer Höhe auf das Gehäuse
13 überträgt. Insofern dreht der Ventilator mit einer nie
drigeren Drehzahl/Minute.
Wenn anschließend die Kühlwassertemperatur des Motors weiter
angehoben wird und die Temperatur der durch den Kühler tre
tenden Luft mehr ansteigt, vergrößert sich die Drehbewegung
des Absperrelements 26, so daß zusätzlich zur ersten Fluid
zufuhröffnung 24 auch die zweite Fluidzufuhröffnung 25 frei
gegeben wird. Folglich wird die viskose Flüssigkeit dem zwei
ten Drehmoment-Übertragungselement 30 über die Verbindungs
bohrung 31 wie auch dem ersten Drehmoment-Übertragungsele
ment 29 von der inneren Vorratskammer 18 zugeführt,
und der Rotor 12 überträgt einen erhöhten Drehmomentwert auf
das Gehäuse 13. Somit dreht der Ventilator mit einer erhöhten
Drehzahl/Minute, so daß das Kühlwasser des Motors in einer
für dessen Temperatur geeigneten, angemessenen Weise gekühlt
werden kann.
Nachdem die viskose Flüssigkeit das Drehmoment des Rotors
12 auf das Gehäuse 13 im ersten sowie zweiten Drehmoment-
Übertragungselement 29 und 30 übertragen hat, wird das vis
kose Fluid im Außenumfangsbereich der Arbeitskammer 17
durch die aus der Drehung des Gehäuses 13 resultierende Zen
trifugalkraft gesammelt. Die viskose Flüssigkeit wird
schließlich vom Außenumfangsbereich der Arbeitskammer
17 zur inneren Vorratskammer 18 hin durch die Wirkungen
der Pumpansätze 20, der Pumpöffnungen 22 und der Verbindungs
kanäle 23, die in der oben beschriebenen Weise tätig sind,
zurückerlangt.
Wenn der Motor danach zum Stillstand gebracht worden ist,
verbleibt ein Teil der viskosen Flüssigkeit in der inneren
Vorratskammer 18, und der Rest der viskosen Flüssig
keit tritt durch die Verbindungsöffnungen 21 und verbleibt
in den unteren Teilen der äußeren Vorratskammer 19 sowie
der Arbeitskammer 17, wie oben erwähnt wurde. Demzufolge
wird bei einem erneuten Starten des Motors das Drehmoment
des Rotors 12 schwächer auf das Gehäuse 13 übertragen, weil
das erste sowie zweite Drehmoment-Übertragungselement 29 und
30 in eine geringere Menge der viskosen Flüssigkeit eintau
chen. Somit ist es weniger wahrscheinlich, daß die induzier
te Drehung des Ventilators auftritt. Aber selbst wenn das
geschieht, so dreht der Ventilator mit einer extrem niedri
gen Geschwindigkeit, wodurch ein Kühlen des Motors gleich
nach dessen Starten vermieden wird.
Obgleich vier Pumpansätze 20, vier Verbindungsöffnungen 21,
zwei Pumpöffnungen 22 und zwei Verbindungskanäle 23 an bzw.
in der Trennplatte 15 bei der Visco-Kupplung 10 der bevor
zugten Ausführungsform gemäß der Erfindung vorhanden sind,
so besteht hierauf keine Begrenzung, und zwar weder auf vier
noch auf zwei. Darüber hinaus wird bevorzugterweise ein Si
likonöl od. dgl. als die viskose, in der Visco-Kupplung 10
in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung ein
zuschließende Flüssigkeit verwendet.
Claims (11)
1. Visco-Kupplung mit einem, gegenüber einem Gehäuse (13) in
einer von einer Gehäusewandung (13) und einer Trennplatte (15)
axial begrenzten Arbeitkammer (17) drehbar gelagerten Rotor
(12), der längs seines Umfangs, an einem radial äußeren
Abschnitt seiner beiden Stirnflächen ein zur
Drehmomentübertragung mit einer viskosen Flüssigkeit füllbares
Labyrinth (29, 30) ausgebildet hat, und mit zwei Vorratskammern
(18, 19) zur Aufnahme von an der Drehmomentübertragung
unbeteiligter Flüssigkeit, die mit der Arbeitskammer (17)
verbindbar sind, wobei das Fluid in der einen Vorratskammer (18)
mittels einer temperaturabhängig regelbaren Öffnungsanordnung
über Öffnungen (24, 25) der Arbeitskammer (17) regelbar zuführbar
ist, und das Fluid in der zweiten Vorratskammer (19) durch
Öffnungen (21) ausschließlich der Arbeitskammer (17) zuführbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammern (18, 19)
konzentrisch zueinander auf einer Seite der Arbeitskammer (17)
angeordnet sind.
2. Visco-Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennplatte (15) eine Pumpöffnung (22) sowie einen
Verbindungskanal (23) aufweist, daß die Pumpöffnung die
Trennplatte durchsetzt und einem radial äußeren Bereich der
Arbeitskammer (17) gegenüberliegt und daß der Verbindungskanal
sich im wesentlichen in einer radialen Richtung der Trennplatte
erstreckt, die Pumpöffnung (22) mit der inneren Vorratskammer
(18) verbindet und die in die Pumpöffnung eingespeiste viskose
Flüssigkeit zur inneren Vorratskammer (18) überführt.
3. Visco-Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pumpöffnung (22) nahe dem Pumpansatz (20) sowie in der
Drehrichtung des Rotors (12) gesehen vor dem Pumpansatz
angeordnet ist.
4. Visco-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnung (21) nahe dem
Pumpansatz (20) sowie in der Drehrichtung des Rotors (12)
gesehen hinter dem Pumpansatz angeordnet ist.
5. Visco-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) von der Welle (11) über
ein Lager (14) drehbar gehalten ist und einen Luftstrom
erzeugende Einrichtungen aufweist.
6. Visco-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die regelbare Öffnungsanordnung zwei
Öffnungen (24, 25) aufweist, von denen eine Öffnung (25) radial
innerhalb der anderen Öffnung (24) angeordnet ist, und daß der
Rotor (12) eine diesen durchsetzende Verbindungsbohrung (31)
hat, die der einen Öffnung (25) gegenüberliegt.
7. Visco-Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine die Temperatur auf der Außenseite des
Gehäuses (13) ermittelnde Fühleinrichtung (27) und ein einen
Öffnungsgrad der Öffnungsanordnung (24, 25) in Übereinstimmung
mit der von der Temperatur-Fühleinrichtung ermittelten
Temperatur einregelndes Absperrorgan (26).
8. Visco-Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Absperrorgan (26) in der inneren Vorratskammer(18)
angeordnet ist.
9. Visco-Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Visco-Kupplung (10) zwischen
einem Kraftfahrzeugmotor und einem Kraftfahrzeugkühler
angeordnet ist und die Temperatur-Fühleinrichtung (27) die
Temperatur der durch den Kraftfahrzeugkühler strömenden Luft
ermittelt sowie das Absperrorgan (26) in Übereinstimmung mit
einem Temperaturanstieg der den Kühler durchströmenden Luft
regelt.
10. Visco-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Pumpansätze (20) mit vorbestimmten
Abständen zueinander ausgebildet sind.
11. Visco-Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die viskose Flüssigkeit ein in dem Gehäuse
(13) eingeschlossenes Silikonöl ist.
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