DE19741073A1 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer angetriebenen Primärscheibe, die in einer mit einer Kupplungsflüssigkeit füllbaren Arbeitskammer eines als Sekun­ därteil dienenden Gehäuses umläuft, wobei eine Vorratskammer für die Kupplungsflüssigkeit vorgesehen ist und im radial äu­ ßeren Bereich der Arbeitskammer ein Rückpumpsystem für die Rückführung der Kupplungsflüssigkeit zur Vorratskammer und eine den Durchfluß von der Vorratskammer zur Arbeitskammer elektrisch steuernde Ventilanordnung vorgesehen ist.

Eine Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art ist aus der DE 43 44 085 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Bauart ist die Vorratskammer auf der Seite des Kupplungsgehäuses innerhalb eines Einsatzteiles vorgesehen, der dem Anschlußflansch der Kupplung an die Motorwelle gegenüberliegt. In der Vorratskam­ mer ist ein Elektromagnet angeordnet, der über ein Lager ge­ genüber dem Kupplungsgehäuse abgestützt ist und während des Betriebes unverdrehbar gehalten ist. Dieser Elektromagnet wirkt auf einen Ventilhebel ein, der eine Durchflußöffnung zwischen der Vorratskammer und einer hinter einer Trennwand angeordneten Arbeitskammer freigibt. Die Arbeitskammer ist dabei im äußeren Bereich mit einer Profilierung in der Form von konzentrischen Ringvorsprüngen versehen, die zwischen sich entsprechende Ringrippen der Primärscheibe aufnehmen, so daß auf diese Weise die zwischen Primärscheibe und Kupplungs­ gehäuse wirkenden und vom Füllungsgrad der Arbeitskammer mit Kupplungsflüssigkeit abhängenden Scherkräfte vergrößert wer­ den können. Die Arbeitskammer besitzt in ihrem radial äußer­ sten Bereich eine in der Regel mit einem Staukörper zusammen­ wirkende Rückführbohrung, die in einen radial in die Vorrats­ kammer zurückführenden Rückführungskanal mündet. Durch dieses Rückpumpsystem wird die Kupplungsflüssigkeit aus der Arbeits­ kammer heraus und zurück zur Vorratskammer gefördert, so daß durch den Elektromagneten und durch den von ihm gesteuerten Ventilhebel der Füllungsgrad in der Arbeitskammer bestimmbar ist. Die Primärscheibe selbst sitzt drehfest auf einem An­ triebswellenstummel, der seinerseits unmittelbar mit der Mo­ torwelle verbunden werden kann. Dem Kupplungsgehäuse sind üb­ licherweise Lüfterschaufeln zugeordnet, die mit einem Kühler für das Kühlmittel des Motors zusammenwirken. Die Drehzahl des Lüfters läßt sich durch verschiedene Parameter über den Elektromagneten steuern.

Die Funktion einer solchen Flüssigkeitsreibungskupplung ent­ spricht dabei - mit Ausnahme der elektrischen Steuerungsmög­ lichkeit von außen - der Wirkungsweise bekannter durch ein Bimetall gesteuerter Viskolüfterkupplungen (DE 32 26 634 C1). Das gesteuerte Ventil kontrolliert dabei die Befüllung des Arbeitsraumes aus dem Vorratsraum und das notwendige Druckge­ fälle resultiert aus der Fliehkraft infolge der Rotation des mit dem Kupplungsgehäuse umlaufenden Vorratsraumes. Die Be­ füllung der Arbeitskammer ist bei solchen Bauarten stark von der Drehzahl des Kupplungsgehäuses, die der Lüfterdrehzahl entspricht, abhängig, so daß bei kleinen Lüfterdrehzahlen, wie sie entsprechend der Forderung nach niedriger Lüfterleer­ laufdrehzahl (ca. 200 Umdrehungen/Minute) vorgesehen werden, bis zu mehreren Minuten vergehen können, bis ein nennenswer­ ter Anstieg der Lüfterdrehzahl aufgrund der Befüllung der Ar­ beitskammer eintritt.

Bei den bekannten Bauarten wird durch den Staukörper kontinu­ ierlich Kupplungsflüssigkeit aus der Arbeitskammer in die Vorratskammer zurückgefördert und in allen stabilen Betriebs­ punkten zwischen dem Lüfterleerlauf und der vollen Zuschal­ tung des Lüfters entspricht die der Arbeitskammer zuströmende Kupplungsflüssigkeitsmenge (die über das Ventil geregelt wird) jeweils der zurückgeförderten Menge. Der von dem Stau­ körper erzeugte Differenzdruck ist dabei aber, wie bereits ausgeführt, abhängig von der Drehzahldifferenz zwischen der angetriebenen Primärscheibe und dem mit den Lüfterschaufel versehenen Kupplungsgehäuse, d. h. abhängig von der Schlupf­ drehzahl. Soll die Lüfterdrehzahl abgesenkt werden, so wird eine Verminderung des Pegels der Kupplungsflüssigkeit in der Arbeitskammer vorgesehen. Dies geschieht in der Regel durch eine stärkere Drosselung des Füllventils und damit durch ein Überwiegen der abgepumpten Kupplungsmittelmenge gegenüber der Befüllungsmenge. Bei sehr kleinen Schlupfdrehzahlwerten (kleiner als 50 Umdrehungen/Minute, die der vollen Zuschal­ tung bei mittleren Antriebsdrehzahlen entspricht) ist die Wirkung der Staukörperpumpe sehr gering. Auch dadurch können Zeitspannen in der Größenordnung von Minuten vergehen, bis eine nennenswerte Absenkung der Lüfterdrehzahl eintritt.

Das dynamische Verhalten der bekannten Bauarten von Flüssig­ keitsreibungskupplungen ist daher von Totzeiten geprägt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüs­ sigkeitsreibungskupplung der eingangs genannten Art ohne grö­ ßeren Steuerungsaufwand so zu gestalten, daß ein schnelleres Ansprechen des Lüfters ermöglicht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Flüssigkeitsrei­ bungskupplung der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgesehen, daß die Vorratskammer an der Primärscheibe ange­ ordnet und über eine Verbindungsbohrung mit der Arbeitskammer verbunden ist, und daß das Rückpumpsystem mit einer Rücklauf­ leitung in Verbindung steht, in der die den Durchfluß steu­ ernde Ventilanordnung eingesetzt ist. Durch diese Ausgestal­ tung wird die in der Arbeitskammer vorzusehende Kupplungsmit­ telmenge unabhängig von der Lüfterdrehzahl. Die Vorratskammer ist jetzt in der mit der Antriebsdrehzahl rotierenden Primär­ scheibe untergebracht und dadurch ist das Druckgefälle von der Vorratskammer in die Arbeitskammer von dieser Antriebs­ drehzahl bestimmt. Diese Antriebsdrehzahl bestimmt den Kupp­ lungsmittelfluß von der Vorratskammer in die Arbeitskammer über die zwangsläufig vorhandene Konstantdrossel in Form der entsprechenden Verbindungsbohrung.

Von der Arbeitskammer zurück in die Vorratskammer gelangt das Kupplungsmittel mit Hilfe des Rückpumpsystems, das auch aus einer Staukörperpumpe bestehen kann.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Rücklaufleitung in einem stationär gehaltenen Kupplungsteil angeordnet sein, an dem auch der Staukörper angeordnet wird. Der Rückfluß der Kupplungsflüssigkeit ist daher bestimmt von der Antriebsdreh­ zahl, die, da die Kupplung in der Regel fest an der Motorwel­ le angebracht ist, von der Motordrehzahl bestimmt wird und ferner von der elektronisch oder elektrisch veränderbaren Drosselwirkung der Ventilanordnung, die in Weiterbildung der Erfindung ein Magnetventil sein kann. Bei geschlossenem Mag­ netventil und damit bei einem Rückfluß gleich null ist nach einer verhältnismäßig kurzen Zeit das Kupplungsmittel voll­ ständig von der Vorratskammer in die Arbeitskammer gelangt und es erfolgt die Übertragung des maximalen Drehmomentes. Der Kupplungsflüssigkeitskreislauf muß allerdings so ausge­ legt sein, daß bei permanent geöffnetem Magnetventil das über die Zuströmöffnung in die Arbeitskammer eintretende Kupp­ lungsmittel auch vollständig wieder in die Vorratskammer zu­ rückgefördert werden kann. Dies kann in Weiterbildung der Er­ findung dadurch erreicht werden, daß die Zuflußöffnung der Bohrung zwischen Vorratskammer und Arbeitskammer mit einem fliehkraftabhängigen Ventil versehen wird, das beispielsweise als eine Blattfeder ausgeführt sein kann, welche mit steigen­ der Drehzahl die Abflußbohrung aus dem Vorratsraum zunehmend verschließt.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Primärscheibe in ih­ rem radial äußeren Bereich mit einer nach der von dem statio­ när gehaltenen Kupplungsteil abgewandten Seite ragenden Pro­ filierung versehen sein, die in eine korrespondierende Profi­ lierung der Arbeitskammer eingreift. Durch die erfindungsge­ mäße Ausgestaltung liegt dabei die Profilierung der Primär­ scheibe auf der Seite des Kupplungsgehäuses, auf der die Ar­ beitskammer liegt. Der entsprechende Gehäuseteil, der die Ar­ beitskammer umfaßt und der beispielsweise ein Deckel sein kann, wird zweckmäßig auf seiner Außenseite mit Kühlrippen ausgerüstet, so daß, da auf dieser Seite das Kupplungsgehäuse dem Kühler zugewandt ist und von einem Luftstrom beaufschlagt wird, die in der Kupplung durch die Flüssigkeitsreibung ent­ stehende Wärme unmittelbar an ihrem Entstehungsort abgeführt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist der stationär gehaltene Kupplungsteil mit Lagern zur drehbaren Anordnung der An­ triebswelle mit der Primärscheibe und zur Lagerung des Kupp­ lungsgehäuses versehen. In Weiterbildung der Erfindung kann in konstruktiv einfacher Weise die Primärscheibe in ihrem zentralen Bereich mit einer ringförmigen Vorratskammer verse­ hen sein, die mit mindestens einer in den radial äußeren Be­ reich der Primärscheibe führenden Bohrung versehen ist. In konstruktiv einfacher Weise kann bei dieser Ausführungsform das Magnetventil in einem nach außen ragenden Kragen des Kupplungsteiles angeordnet und dort mit den elektrischen An­ schlüssen versehen sein. Die Vorratskammer kann als ein zur Drehachse hin offener Ring ausgebildet sein, wobei der Rück­ laufleitungsteil hinter dem Magnetventil radial innerhalb dieses offenen Ringes verläuft und mit seiner Mündung vor der offenen Seite des Ringes angeordnet ist.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Flüs­ sigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines in der Flüssig­ keitsreibungskupplung der Fig. 1 vorgesehenen Fliehkraftventils und

Fig. 3 das Funktionsprinzip der Fliehkraftreibungskupplung der Fig. 1 in einer Art Blockdarstellung.

Die Fig. 1 zeigt, daß auf eine Antriebswelle 1, die in nicht näher gezeigter Weise über einen Flansch unmittelbar an die Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors angeflanscht werden kann, die Primärscheibe 2 einer Flüssigkeitsreibungskupplung 3 drehfest aufgesetzt ist, was in bekannter Weise durch Auf­ pressen oder Verkeilen geschehen kann. Die Primärscheibe 2 ist in ihrem radial außen liegenden Bereich mit einer Profi­ lierung in der Form konzentrischer ringförmiger Rippen 4 ver­ sehen, die zwischen ebenfalls konzentrisch zueinander ange­ ordnete Ringrippen 5 des Deckels 6a eines Kupplungsgehäuses 6 hereinragen und mit diesen den äußeren Bereich einer Arbeits­ kammer 7 bilden, die mit einer Kupplungsflüssigkeit füllbar ist. Der Deckel 6a ist auf seiner Außenseite mit etwa radial verlaufenden Kühlrippen 8 versehen und besitzt einen Naben­ teil 9, mit dem er über ein Wälzlager 10 auf dem Endabsatz Ia der Antriebswelle 1 gelagert ist.

Der Deckel 6a ist fest mit einem etwa glockenförmig ausgebil­ deten Kupplungsgehäuse 6 verbunden, das Befestigungsbohrungen 11 zum Anbringen von Lüfterschaufeln und auf der vom Deckel 6a abgewandten Seite mit einem Nabenteil 12 versehen ist, der über ein Wälzlager 13 auf einem Ansatz 14a eines Kupplungs­ teiles 14 gelagert ist, der über eine Malterung 15 stationär und damit nicht drehbar gehalten ist. Die Nabe 12 wird durch etwa radial verlaufende Verstärkungsrippen 17, die im Betrieb auch eine Kühlwirkung ausüben, am Kupplungsgehäuse 6 abge­ stützt. Der Kupplungsteil 14 ist seinerseits über ein Wälzla­ ger 16 auf einem Absatz 1b der Antriebswelle 1 gelagert.

Die Primärscheibe ist in ihrem zur Antriebswelle 1 gerichte­ ten zentralen Bereich mit einer Ausnehmung 18 versehen, in der ein zur Achse 19 hin offener Ring 20 angeordnet ist, der über eine Zuführbohrung 21 mit dem radial äußersten Bereich der Primärscheibe in Verbindung steht. An der Mündung 22 die­ ser Zuführbohrung 21 ist dabei ein fliehkraftabhängiges Ven­ til 23 angeordnet, das, wie Fig. 2 zeigt, aus einer Blattfe­ der 24 besteht, die fliehkraftabhängig gegen die Öffnung 22 gedrückt wird, so daß diese bei höheren Drehzahlen geschlos­ sen wird. Die Blattfeder 24 besitzt eine später im Bereich der Öffnung 22 zu liegen kommende Bohrung 25. Die Ausnehmung 18 und der in ihr untergebrachte Ring 20 bilden die Vorrats­ kammer für die Kupplungsflüssigkeit, die somit über die Zu­ führbohrung 21 in die Arbeitskammer 7 gelangen kann.

Aus der Arbeitskammer 7 kann Kupplungsflüssigkeit über eine Staukörperanordnung 26 in eine Rücklaufbohrung 27 gefördert werden, die im Bereich des Schiebekolbens 28 eines Magnetven­ tils 29 mündet und abhängig von der Stellung dieses Schiebe­ kolbens 28 zu einer weiterführenden Rücklaufbohrung 30 hin geöffnet oder geschlossen wird. Die Rücklaufbohrung 30 ver­ läuft durch einen Ringansatz 31 des Kupplungskörpers 14, der sich in die Ausnehmung 18 soweit herein erstreckt, daß die Mündung des Rücklaufbohrungsteiles 30 radial innerhalb des Ringes 20 liegt. Es wird deutlich, daß die Kupplungsflüssig­ keit durch die Rücklaufbohrung 27 aufgrund der Pumpwirkung der Staukörperanordnung 26 in Abhängigkeit von der Stellung des Magnetventiles 29 in die Vorratskammer 32, d. h. in den Bereich des Ringes 20 zurückgefördert werden kann. Das Mag­ netventil 29 ist im übrigen mit einer elektrischen Steuerlei­ tung 33 verbunden, über die abhängig von verschiedenen Para­ metern elektronische Steuerungssignale zur Steuerung des Ma­ gnetventils 29 und seines Schiebers 28 gegeben werden können.

Wie aus Fig. 1 und 3 erkennbar wird, kann Kupplungsflüssig­ keit aus der Vorratskammer 32 durch die Fliehkraftwirkung über die Zuführbohrung 21 in die Arbeitskammer 7 und dort insbesondere in deren radialen Außenbereich gelangen. Die Druckdifferenz ΔP zwischen Vorratskammer 32 und Arbeitskammer 7 ist dabei abhängig von der Drehzahl n_A der Welle 1, d. h. abhängig von der Antriebsdrehzahl

ΔP = f(n_A).

Die so geförderte Kupplungsflüssigkeit unterliegt in der Zu­ führbohrung 21 dabei einem konstanten Druckverlust, der vom Bohrungsdurchmesser abhängig ist, oder, wenn das Fliehkraft­ ventil 23 wirksam wird, ebenfalls von der Antriebsdrehzahl. Der Druckverlust ΔP innerhalb der Zuführleitung 21 ist daher

ΔP = konstant oder ΔP = f(n_A).

Entscheidend für die Funktion der Kupplung ist nun, daß das in die Arbeitskammer 7 strömende Kupplungsmittel bei voll ge­ öffnetem Magnetventil 29 über die Rücklaufleitungen 27 und 30 auch wieder vollständig aus der Arbeitskammer 7 heraus und in die Vorratskammer gefördert werden kann. Dies geschieht durch die Staukörperpumpanordnung 26, die in Abstimmung mit dem Durchmesser der Rückführleitungen 27 und 30 so ausgelegt wer­ den muß, daß das zufließende Kupplungsmittel auch wieder vollständig abgeführt werden kann, so daß sich die Arbeits­ kammer 7 nicht füllt und lediglich ein Umlauf von Kupplungs­ flüssigkeit stattfindet. Wird aber durch das Magnetventil 29 der Widerstand innerhalb der Leitungen 27 und 30 verändert, dann findet der Füllvorgang der Arbeitskammer 7 statt. Die Druckdifferenz in den Rückführleitungen 27 und 30 wird daher bestimmt von der elektronischen Ansteuerung des Magnetventils 29

ΔP = f(A),

wobei A die elektronische Ansteuerung bezeichnen soll.

Durch diese Ausgestaltung, bei der die Steuerung des Kupp­ lungsmittelumlaufes durch die Steuerung des Rücklaufes er­ folgt, kann ein wesentlich schnellerer Füllvorgang und Ent­ leervorgang der Arbeitskammer 7 erreicht werden, so daß die neue Flüssigkeitsreibungskupplung, die auch die Lüfterschau­ feln aufnimmt, einen sehr viel schneller ansprechenden Lüfter für einen Fahrzeugkühler zu verwirklichen erlaubt.

Claims (14)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einer auf einer An­ triebswelle (1) sitzenden Primärscheibe (2), die in einer mit Flüssigkeit füllbaren Arbeitskammer (7) eines als Sekundär­ teil dienenden Gehäuses (6) umläuft, wobei eine Vorratskammer (32) für die Kupplungsflüssigkeit vorgesehen ist und im radi­ al äußeren Bereich der Arbeitskammer ein Rückpumpsystem (26) für die Rückführung der Kupplungsflüssigkeit zur Vorratskam­ mer und eine den Kupplungsmittelkreislauf zwischen der Vor­ ratskammer und der Arbeitskammer elektrisch steuernde Venti­ lanordnung (29) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (32) an der Primärscheibe (2) angeordnet und über eine Verbindungsbohrung (21) mit der Arbeitskammer (7) verbunden ist, und daß das Rückpumpsystem (26) mit einer Rücklaufleitung (27) in Verbindung steht, in der die den Kupplungsmittelkreislauf steuernde Ventilanordnung (29) ein­ gesetzt ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (27) in einem statio­ när gehaltenen Kupplungsteil (14) angeordnet ist.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärscheibe (2) in ihrem radial äu­ ßeren Bereich mit einer nach der von dem stationär gehaltenen Kupplungsteil (14) abgewandten Seite ragenden Profilierung (4) versehen ist, die in eine korrespondierende Profilierung (5) der Arbeitskammer (7) eingreift.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (7) in einem Gehäuse­ teil (6a) angeordnet ist, der auf der Außenseite mit Kühlrip­ pen (8) ausgerüstet ist.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung aus einem Elektromag­ netventil (29) besteht.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stationär gehaltene Kupplungsteil (14) mit einem Lager (16) zur drehbaren Anordnung der An­ triebswelle (1) und mit einem Lager (13) zur drehbaren Anord­ nung des Kupplungsgehäuses (6) versehen ist.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) mit einem Flansch an die Motorwelle angeschlossen ist.

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärscheibe (2) in einem zentralen Bereich mit einer ringförmigen Vorratskammer (32) in der Form einer Ausnehmung (18) versehen ist.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (32) mit einer in den radial äußeren Bereich der Primärscheibe führenden Bohrung (21) versehen ist.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil in einem nach außen ra­ genden Kragen (14a) des stationär gehaltenen Kupplungsteiles (14) angeordnet und dort mit den elektrischen Anschlüssen (33) versehen ist.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (32) als ein zur Dreh­ achse hin offener Ring (20) ausgebildet ist und der Rücklauf­ leitungsteil (30) hinter dem Magnetventil (29) radial inner­ halb dieses offenen Ringes (20) verläuft und mit seiner Mün­ dung vor der offenen Seite des Ringes (20) angeordnet ist.

12. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (22) der Bohrung (21) mit einem fliehkraftabhängig wirkenden Ventil (23) ver­ sehen ist.

13. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als fliehkraftabhängiges Ventil eine Blattfeder (24) vorgesehen ist.

14. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (24) vor der Zuflußöffnung (22) angeordnet und mit einer Drosselbohrung (25) versehen ist, die so bemessen ist, daß auch bei hohen Drehzahlen ein Kupplungsmitteldurchfluß vorhanden ist, dennoch bei geöffne­ tem Magnetventil (29) die zulaufende Menge von Kupplungsflüs­ sigkeit auch wieder aus der Arbeitskammer (7) abführbar ist.