DE2407062A1

DE2407062A1 - Fluid-kupplung

Info

Publication number: DE2407062A1
Application number: DE19742407062
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Hall
Original assignee: HOLSET ENGINEERING CO; Holset Engineering Co Ltd
Current assignee: HOLSET ENGINEERING CO; Cummins Turbo Technologies Ltd
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1974-02-14
Publication date: 1974-08-29
Also published as: BR7401082D0; ES423197A1; JPS49135079A; FR2217591A1; JPS5240710B2; US3907084A; FR2217591B1; GB1424372A

Description

F/.TENTAMWALTE HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. 2407062

Holset Ingeneering Company Ltd. tho-ho-19

BB/So 11.2.1974

Fluid-Kupplung

Die Erfindung betrifft Pluidkupplungen insbesondere Pluidkupplungen zum Antrieb von Ventilatoren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Normalerweise bestehen Pluidkupplungen aus einem Antriebsteil und einem angetriebenen Teil, die so angeordnet sind, daß sie sich relativ zueinander drehen können. Mindestens eines dieser Teile (normalerweise das Antriebsteil) ist in einem ■ Gehäuse eingebaut, das eine viskose Flüssigkeit enthält und mindestens teilweise aus dem anderen entsprechenden Teil gebildet ist. Beim Einsatz wird ein Drehmoment von dem Antriebsteil auf den angetriebenen Teil durch die Schubwirkung, die auf Grund der viskosen Flüssigkeit zwischen beiden Teilen entsteht, tibertragen. Bei einer solchen Vorrichtung ist es wünschenswert, daß das Übertragene Drehmoment in Abhängigkeit einer Steuergröße verändert werden kann, daß das angetriebene Teil schnell auf Änderungen der Steuergröße anspricht, und daß die Kupplung weich arbeitet.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplung anzugeben, bei der das übertragene Drehmoment in Abhängigkeit von einer Steuergröße verändert werden kann, der angetriebene Teil schnell auf Änderungen der Steuergröße anspricht und die Kupplung weich arbeitet.

Ein Lösungsmittel der Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des

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Anspruches 1 angegeben.

Vorzugsweise wird dann die Führungseinrichtung für das Fluid · einstückig mit dem angetriebenen Teil ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform hat die Führungseinrichtung einen axial ausgerichteten ringförmigen Flansch, der einstückig mit dem angetriebenen Teil ausgebildet und radial außerhalb der Auslaßöffnung (en) angeordnet ist·.. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der mittlere Abschnitt des Antriebsteiles vertieft und Jede Führungseinrichtung erstreckt"sich in diesen gewölbten Abschnitt.

Die Ventileinrichtung wird normalerweise in Abhängigkeit von einer Größe gesteuert, die von dem von der Kupplung verlangten Antriebsmoment abhängt. Beispielsweise ist bei einem Ventilator, der sich direkt hinter dem Kühler eines Kühlsystems in einem Kraftfahrzeug befindet, vorzugsweise die Temperatur der den Kühler verlassenden Luft die Steuergröße.

Der/die Kanal/Kanäle zum Beschleunigen des Flusses kann/können die Form eines ringförmigen Raumes haben, der sich von einem Bereich in der Nähe der Mitte des Antriebsteiles zu einem oder mehreren (vorzugsweise einer größeren Anzahl) öffnung(en) an dem Umfang des Antriebsteiles erstrecken. Er/sie kann/lcönnen auch die Form eines oder mehrerer kleiner einzelner Kanäle haben.

Eine Einrichtung beispielsweise in der Form von "Flügeln" ist normalerweise vorgesehen, so daß ein Fluß des Fluids aus der Arbeitskammer in die Behälter entsteht, wenn sich der Antriebsteil dreht.

Bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Kupplung fließt das Fluid, wenn der Auslaß offen ist, aus dem Arbeitsraum durch den/ die Einlaß/Einlasse zu dem Behälter, durch den/die Auslaß/Auslässe zu der Führung und von dieser durch den/die Beschleunigungs-

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kanal/kanäle dem Umfang des Arbeitsraumes. Wenn der Auslaß geschlossen ist, kann das Fluid nicht wieder in den Arbeitsraum eintreten. Die Menge des 'Fluids im Arbeitsraum vermindert sich dadurch, und infolgedessen wird das auf den angetriebenen Teil übertragene Drehmoment verringert. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Räume zwischen gegenüberliegenden Seiten des antreibenden und angetriebenen Teiles vom Umfang her gefüllt, wodurch das Auftreten eingeschlossener Luft im Bereich des Umfanges verringert wird. Ebenso wird dadurch die Möglichkeit verringert, daß djte Räume zum Überträgen des Schubes hinter dem Motor nicht vollständig gefüllt wird.

Ferner wird ein weiches und schnelles Ansprechen des Antriebes auf ein Öffnen des Auslasses Hin erreicht, beispielsweise das Ansprechen auf eine Temperaturerhöhung der den Kühler eines Kraftfahrzeuges verlassenden Luft.

Das schnelle Ansprechen wird dadurch erreicht, daß das Arbeitsfluid, das anfangs aus dem Auslaß herausfließt, zu den den Fluß beschleunigenden Kanälen innerhalb des Antriebsteiles geführt wird. Da sich das Antriebsteil immer mit einer höheren Geschwindigkeit dreht als das angetriebene Teil ist eine größere Flußrate des Fluids, das in den Arbeitsraum eintritt, möglich. Diese Flußrate kann größer als die Flußrate aus dem Arbeitsraum gemacht werden, wenn man dem/den Einlaß/Einlassen eine entsprechende Größe gibt. Der Unterschied zwischen der Flußrate in und aus dem Arbeitsraum gibt einen Überstand von Fluid in dem Arbeitsraum, der die Räume zum Übertragen des Schubes vom Umfang her nach innen füllt. Da der Antrieb zwischen gegenüberliegenden Seiten einer Kupplung, die nach dem Schubprinzip arbeitet, der vierten Potenz des Radius proportional ist,ersieht man, daß das Füllen des Schubraumes vom Umfang her an seinem

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größten Radius die größtmögliche Beschleunigung des angetriebenen Teiles bewirkt. Dadurch entsteht auch die schnellste Zunahme der Flußrate aus dem Behälter und die schnellste Abnahme der Plußrate■aus dem Arbeitsraum.

Ein weiterer Vorteil der durch diese Arbeitsweise erhalten wird, besteht darin, daß die Größe des/der Einlaß/Einlasse relativ groß sein kann, wodurch ein schnelles Leeren der Schubräume erreicht wird, wenn der Auslaß geschlossen ist.

Das Fluid wird in die Schubräume von dem Umfang des Arbeitsraumes her eingefüllt und zwar immer in einen sich verringernden Raum, wodurch das Füllen glatt verläuft, ohne daß ein Zwischenzustand vom Füllen entsteht, der bei den Anordnungen aaf tritt, bei denen das Füllen vielmehr von der Mitte als vom Umfang her erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Fluidkupplung, die einen Teil eines Ventilatorantriebes bildet.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Teil der Kupplung in einer anderen Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt eine Kupplung Io mit einem Arbeitsfluid (dieses ist hier nicht gezeigt), einem Antriebsteil 12 und einem angetriebenen Teil 14, das einen Ventilator oder Ventilatorflügel 15 trägt. Das Antrxebsteil 12 hat einen Flansch 16 mit Bohrungen 18, um ihn mit einer hier nicht gezeigten Antriebseinrichtung zu verbinden. Die Antriebsscheibe 2o, die ein Teil des Antriebsteiles 12 bildet, ist in dem Arbeitsraum 22 eingeschlossen, der einen Teil des angetriebenen Teiles 14 bildet und Schubräume 21, 25 begrenzt, die sich zwischen den Wänden 5o, 5^ und 52, 58

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an dem Arbeitsraum und dem Antriebsteil befinden. Eine Wand trennt den Arbeitsraum 22 von einem Behälter 24, der auch einen Teil des angetriebenen T.eiles 14 bildet. Ein Einlaß 28 ist nahe dem Umfang der Antriebsscheibe 2o angeordnet und hat ein "Flügel" J>o. Der mittlere Abschnitt der Antriebsscheibe ist an der Stelle 3I vertieft und hat zum Beschleunigen des Flusses mehrere Kanäle 32, die in der Antriebsscheibe 2o ausgebildet sind und sich von dem vertieften Abschnitt 31 zu ^: ihrem Umfang hin erstrecken. Die Kanäle 32 enden in Öffnungen 34, die sich in dem Rand auf dem Umfang der Antriebsscheibe befinden.' Die Wand 26 hat einen Auslaß 36. Eine Führung 37

für das Fluid ist als axialer Flansch an der Wand 26 radial außerhalb des Auslasses 36 angeordnet und erstreckt sich in den vertieften mittleren Abschnitt 3I der Antriebsscheibe 2o. Eine Ventileinrichtung 38 mit einem biegbaren Metallstreifen, der mit einer Niete 39 an der Wand 26 befestigt ist, dient zum öffnen und Schließen des Auslasses 36. Die Bewegung der Ventileinrichtung 38 wird von einem Fühler 4o (dieser ist schematisch dargestellt), der auf die Temperatur außerhalb der Fluidkupplung anspricht, gesteuert. Die Kupplung enthält ein viskoses Fluid. Seine Verteilung zwischen dem Arbeitsraum 22 wird durch das Maß der öffnung des Auslasses 36 gesteuert.

Mehrere Öffnungen 42 zum Druckausgleich sind in dem mittleren Abschnitt der Antriebsscheibe 2o angeordnet. Eine relative Drehung zwischen dem Antriebsteil 12 und dem angetriebenen Teil 14 ebenso wie ein genaues Ausrichten der beiden Teile wird durch Lager 44 ermöglicht.

Beim Betrieb wird das Antriebsteil 12 gedreht und versetzt auf Grund des Schubwiderstandes der viskosen Flüssigkeit in dem Arbeitsraum 22 das angetriebene Teil .14 in Drehung. Wegen der unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen der Antriebsscheibe 2o und dem angetriebenen Teil 14 wird viskose Flüssigkeit von

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dem "Flügel" 30 gesammelt und gelangt durch den Einlaß in den Behälter 24. Solange sich die Temperatur außerhalb der Kupplung über einem vorbestimmten Wert befindet, hält der Fühler 4o die Ventileinrichtung 38 in einer Lage, in der der Auslaß 36 geöffnet ist. Daher-strömt Fluid aus dem Behälter 24 durch den Auslaß 36 und wird durch die Führung 37 zu den Kanälen 32 zum Beschleunigen des Flusses, den öffnungen 34 und in den Arbeitsraum 22 geleitet. Die Schubräume 21, 23 füllen sich vom Umfang her, und ein Gleichgewicht-des Flusses wird aus dem Behälter durch die Kanäle 32 in den Arbeitsraum 22 und zurück in den Behälter 24 erreicht. Sobald die Temperatur außerhalb der Kupplung unter den vorgegebenen Wert fällt, bewegt der Fühler 4o die Ventileinrichtung 38 und schließt den Auslaß 36, wobei der Fluß des Fluids aus dem Behälter 24 zu den Kanälen J>2 und zu dem Arbeitsraum 22 unterbunden wird. Der "Flügel" 30 leitet weiterhin Fluid aus dem Arbeitsraum durch den Einlaß 28 in den Behälter 24. Dadurch wird die Menge des Fluids in dem Arbeitsraum 22 verringert, wodurch die Menge des Fluids in den Schubräumen 21, 23 abnimmt, und infolge dessen auch der übertragene Antrieb zwischen der Antriebsscheibe 2o und dem angetriebenen Teil 14. Das angetriebene Teil 14 verringert seine Geschwindigkeit, bis es im wesentlichen frei um die Antriebsscheibe 2o herumläuft, wobei äußerst wenig Antrieb von dieser Scheibe auf das angetriebene Teil 14 übertragen wird. Sobald die Temperatur erneut über den vorgegebenen Wert ansteigt, wird die Ventileinrichtung 38 durch den-Fühler 4o betätigt und öffnet den Auslaß 36, wodurch das Fluid aus dem Behälter 24 durch den Auslaß 38 und die Kanäle 32 zum Beschleunigen des Flusses in den Arbeitsraum 22 einströmt. Die Menge des Fluids in dem

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Arbeitsraum 22 nimmt nach "und nach vom Umfang her zu, bis die Schubräume 21, 23 gefüllt sind und erneut ein Gleichgewicht hergestellt worden ist. Während dieser Zeit nimmt die Geschwindigkeit des angetriebenen Teiles 14 wegen des sich vergrößernden Schubbereiches zwischen dem Antriebsteil 12 und dem angetriebenen Teil 14 zu.

Die Fig. 2 zeigt ein Teil einer Antriebsscheibe 2o ähnlich

der, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Dieser Teil ist jedoch dadurch abgeändert, daß zwei zusätzliche öffnungen 42 a vorhanden sind, die eine Verbindung zwischen den Kanälen 32 und dem Arbeitsraum 22 herstellen.

Beispielsweise können auch mehr als eine (z.B. zwei) Einlasse vorgesehen,werden. Wenn es erwünscht ist, kann die Führung statt des Flansches 37 aus einem kleinen Rohr, das sich über den Umfang des Auslasses 36 erstreckt, bestehen.

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Claims

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PATENTANS PRÜCHE

(1.η Fluidkupplung mit einem Arbeitsfluid und einem drehbaren

Antriebsteil, von dem mindestens ein Teil koaxial drehbar . in einem Arbeitsraum angeordnet ist, der Teil eines drehbaren angetriebenen Teiles ist, gekennzeichnet durch Schubräume (21, 23), die durch gegenüberliegende Seiten (52, 5²J-; 56, 58) des Antriebsteiles (12) und des Arbeitsraumes (22) begrenzt sind, einen Behälter (24), der einen Teil des angetriebenen Teiles (14) bildet, mindestens einen Einlaß (28), der anschließend an den Umfang des angetriebenen Teiles (14) angeordnet ist und den Arbeitsraum (22) mit dem Behälter (24) verbindet, mindestens einen Auslaß (36), der radial innerhalb des/der Einlasses/ Einlasse (28) angeordnet ist, eine Führungseinrichtung (37) für das Fluid, die sich axial"zwischen dem/den Einlaß/Einlassen (36) und einem oder mehreren Kanälen (32) zum Beschleunigen des Flusses erstreckt, die sich in einem Bereich (2o) des Antriebsteiles (12) innerhalb des Arbeitsraumes (22) befinden, wobei jeder Kanal (32) an seinen beiden Enden offen ist und sich von einer Stelle unmittelbar radial, außerhalb des Auslasses /Auslässe (j>6) zum Umfang des Antriebsteiles (2o) erstreckt, und wobei der Umfang des Antriebsteiles (2o) in radial größerem Abstand von den koaxialen Mitten des angetriebenen und des antreibenden Teiles (12,14) als von dem Einlaß (28) befindet, und durch eine Ventileinrichtung (38), die zum öffnen oder Schließen des/der Auslasses/Auslässe (36) bewegbar ist, wodurch der Fluß des Fluids aus dem Behälter (24) zu den Schubräumen (21, 23) über die Führungseinrichtung (37) und die Kanäle (32) steuerbar ist.

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2.) Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pührungseinrichtung (37) einstückig mit dem angetriebenen Teil (14) ausgebildet ist.
3·) Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (37) einen axial gerichteten ringförmigen Flansch hat, der einstückig mit dem Teil (14) ausgebildet ist und radial, außerhalb des/ der Auslasses/Auslässe (36) angeordnet ist.
4.) Kupplung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich (3I) des Antriebteiles (2o ) vertieft ist, und daß sich die Führungseinrichtung (37) für das Fluid in den vertieften Bereich (3I) erstreckt.
5·) Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (38) so ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von einer Steuergröße steuerbar ist, die entsprechend dem von der Kupplung verlangten Antrieb veränderbar ist.
6.) Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß jeder Kanal (32) zum Beschleunigen des Flusses die Form eines ringförmigen Raumes hat, der sich aus einem Bereich in der Nähe der Mitte des Antriebsteiles (2o) zu einem oder mehreren Öffnungen (34) am Umfang des Antriebsteiles (2o) erstreckt.
7.) Kupplung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch g e k e η nz e i Ch η e t, daß jeder Kanal (32) zum Beschleunigen des Flusses die Form eines oder mehrerer kleiner, einzelner Kanäle hat.

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8.) Kupplung nach· einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (30) so angeordnet ist, daß ein Fluß des Fluids aus dem Arbeitsraum (22) in den Behälter (2²O entsteht, wenn das Antriebsteil (2o) gedreht wird.
9.) Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30) "in der Nähe eines jeden Einlasses (25) die Form eines Schöpfers bzw. eines "Flügels" hat.
lo.) Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß eine oder mehrere axial gerichtete ÜbertragungsÖffnungen (42a) in dem Antriebsteil (2o) angeordnet sind, durch die eine Verbindung für das Fluid zwischen den Kanälen (32) zum Beschleunigen des Flusses und dem Arbeitsraum (22) herstellbar ist.
11.) Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß eine oder mehrere axial gerichtete ÜbertragungsÖffnungen (42a) vorhanden sind, die sich durch den Teil (2o) des Antriebsteils (12) erstrecken, der in dem Arbeitsraum (22) angeordnet ist, und die radial innerhalb des radial gesehenen inneren Endes eines jeden Kanals (32) zum Beschleunigen des Flusses angeordnet sind.

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