DE4032029C2 - Visco-Kupplung - Google Patents

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.