DE4435490A1 - Visko-Lüfterkupplung mit einem druckabdichtbaren Vorratsraum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Visko-Lüfterkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die EP 0 009 959 B1 ist eine Visko-Lüfterkupplung be­ kannt, die zwischen einem einen Rotor umgebenden Arbeitsraum und einem Vorratsraum für Viskoseflüssigkeit eine Trennwand aufweist. Diese ist im Umfangsbereich gegen Achsbewegungen gesichert im Gehäuse der Visko-Lüfterkupplung aufgenommen und weist Steueröffnungen auf, die durch ein Ventilelement in Verschlußstellung desselben abdeckbar sind. Im radial äußeren Bereich des Rotors ist die Arbeitskammer durch eine Pumpöff­ nung mit der Vorratskammer verbunden, wobei die Pumpöffnung bei Betrieb der Visko-Lüfterkupplung wegen der nach radial außen drängenden Viskoseflüssigkeit innerhalb des dadurch entstehenden Viskoseflüssigkeitsringes angeordnet ist. Bei Stillstand der Visko-Lüfterkupplung kann die Pumpöffnung bei entsprechender Drehstellung des Gehäuses innerhalb des schwerkraftbedingt sich in der unteren Gehäusehälfte ansam­ melnden Viskoseflüssigkeitssumpfes angeordnet sein. Während bei hoher Betriebsdrehzahl der Visko-Lüfterkupplung die Ver­ bindung zwischen Arbeits- und Vorratsraum unschädlich ist, weil aufgrund der Pumpwirkung des Rotors ständig Viskoseflüs­ sigkeit vom Arbeitsraum über die Pumpföffnung in den Vorrats­ raum zurückgebracht wird und, bei Bedarf, bei geöffnetem Ven­ tilelement über die Steueröffnungen in der Trennwand wieder in den Arbeitsraum gelangen kann, muß bei mit niedriger Be­ triebsdrehzahl arbeitender Lüfterkupplung, bei welcher der vom Rotor an der Pumpöffnung erzeugte Pumpdruck kleiner als der fliehkraftbedingte Druck in der Arbeitskammer ist, oder bei Stillstand der Lüfterkupplung durch ein im Vorratsraum ange­ ordnetes, bis nahezu nach radial innen an die Drehachse ge­ führtes Rohr verhindert werden, daß bei gleichzeitig durch das Ventilelement geschlossenen Steueröffnungen Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum gedrückt wird. Dieses "Durchsickern" ist zu vermeiden, damit sich im letztgenannten Betriebszustand der Lüfterkupplung die Arbeitskammer nicht mit Viskoseflüssigkeit füllen kann, was bei einem nachfolgenden Beschleunigen des Rotors wegen des hohen Befüllungsgrades des Arbeitsraums ein Beschleunigen des Gehäuses der Lüfterkupplung nahezu im Verhältnis 1 : 1 zum Rotor und damit eine vergleichsweise hohe Geräuschentwicklung zur Folge hat. Diese Geräuschentwicklung, die bis zum Abpumpen von Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum an­ halten würde, ist bei Kraftfahrzeugen unerwünscht. Der Vorteil der Geräuscharmut bei der Lüfterkupplung gemäß der PS wird allerdings mit einem erhöhten technischen Aufwand erkauft, da gegenüber einer in üblicher Weise ausgebildeten Lüfterkupplung zusätzlich das nach radial innen führende Rohr vorgesehen sein muß. Außerdem muß wegen dieses Rohres der an der Pumpöffnung vom Rotor erzeugte Druck zur Förderung von Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum höher als üblich sein, da die Pumpöffnung die Viskoseflüssigkeit bis nahezu an die Drehachse der Visko-Lüfterkupplung fördern muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Visko- Lüfterkupplung so auszubilden, daß durch diese ohne tech­ nischen Mehraufwand und ohne die Notwendigkeit einer höheren Druckerzeugung an der Pumpöffnung durch den Rotor eine geräuschvolle Beschleunigung des Gehäuses nach einem Be­ triebsvorgang, bei welchem das Gehäuse mit zumindest redu­ zierter Drehzahl umgelaufen ist, verhinderbar ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Maßnahme, in der Trennwand ausschließlich die Steueröffnung als Ver­ bindung zwischen Arbeitsraum und Vorratsraum auszubilden und die Trennwand in deren Verbindungsbereich mit dem Gehäuse der Lüfterkupplung druckdicht an dem letztgenannten zu befestigen, wird sichergestellt, daß, sofern das Ventilelement seine Schließstellung einnimmt, eine druckdichte Abtrennung des Vorratsraums vom Arbeitsraum gewährleistet ist. Hierdurch entsteht folgende Situation:
Bei langsamer Drehung des Rotors und damit des die Pumpöffnung aufweisenden Gehäuses ist der durch die Pumpwirkung des Rotors erzeugte Druck geringer als der Druck, der sich infolge der ringförmigen Anlagerung der Viskoseflüssigkeit unter Fliehkraftwirkung an der dem Vorratsraum zugewandten Seite der Pumpöffnungen ausbildet. Ebenso kann bei Stillstand der Lüf­ terkupplung Viskoseflüssigkeit von der Vorratskammer, in welcher der statische Druck wegen stärkerer Befüllung als bei der Arbeitskammer höher als in derselben ist, über die Pump­ bohrung, sofern diese sich im Viskoseflüssigkeitssumpf befin­ det, in die Arbeitskammer gedrückt werden. Die Folge hiervon ist jeweils, daß Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum eindringen kann. Wegen des hierdurch im Vorratsraum auftretenden Flüssigkeitsverlustes entsteht aufgrund dessen druckdichter Trennung zum Arbeitsraum sowie zu seiner Umgebung bei geschlossenem Ventilelement ein Unterdruck im Vorratsraum, der umso stärker anwächst, je mehr Viskoseflüssigkeit über die Pumpöffnung in den Arbeitsraum eingedrungen ist. Schon nach geringem Verlust an Viskoseflüs­ sigkeit im Vorratsraum ist dieser Unterdruck ausreichend groß, um einen weiteren Übertritt der Viskoseflüssigkeit aufgrund seiner Saugwirkung zu unterbinden. Es ist dadurch sicherge­ stellt, daß der Arbeitsraum sowohl im Stillstand als auch bei nur geringer Drehgeschwindigkeit von Rotor und Gehäuse sich nicht in unerwünschter Weise füllen kann. Dadurch wird die Drehzahl des Gehäuses und damit eines auf diesem angeordneten Lüfterrades in Betriebszuständen einer Verbrennungsmaschine, in welchen wenig Wärme erzeugt wird, nur mit gegenüber dem Rotor erheblich reduzierter Drehzahl umlaufen, so daß eine unerwünschte starke Kühlwirkung ausgeschlossen wird. Des weiteren wird bei einem plötzlichen Hochbeschleunigen des Ro­ tors nach der besagten vorangegangenen Betriebsphase ein geräuschvolles Hochbeschleunigen des Gehäuses vermieden. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist demnach sowohl das ther­ mische Verhalten der Lüfterkupplung optimiert und deren Ge­ räuschentwicklung bei plötzlicher Drehzahlerhöhung am zuge­ ordneten Antrieb soweit minimierbar, daß diese nicht störend in Erscheinung tritt.

Bei höherem Kühlungsbedarf nach länger andauernden höheren Drehzahlen des Antriebs wird das Ventilelement in bekannter Weise so angetrieben, daß es die Steueröffnung in der Trenn­ wand freigibt, wodurch der Unterdruck im Vorratsraum aufgeho­ ben wird und Viskoseflüssigkeit über die Steueröffnung in den Arbeitsraum einströmen kann, wo sie in den Scherspalten für einen Antrieb des Gehäuses mit höherer Drehzahl als bislang benötigt wird. Gleichzeitig ist bei diesen höheren Drehzahlen die Pumpwirkung des Rotors aktiviert, so daß überschüssige Viskoseflüssigkeit aus dem Arbeitsraum über die Pumpöffnung in den Vorratsraum zurückgepumpt werden kann.

In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausbildung der Trennwand angegeben, wodurch diese in Achsrichtung der Lüfterkupplung wenig Bauraum benötigt und in vorteilhafter Weise mit dem Ge­ häuse druckdicht verbindbar ist. Die letztgenannte Verbindung wird vorzugsweise in der nach Anspruch 3 angegebenen Weise hergestellt.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind Maßnahmen angegeben, durch welche sichergestellt ist, daß der Vorratsraum nicht nur ge­ genüber dem Arbeitsraum, sondern auch gegenüber seiner übrigen Umgebung druckdicht isoliert ist.

Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispieles nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Lüfterkupplung mit einer Trennwand zwischen dem Arbeitsraum und dem Vorratsraum.

Die dargestellte Visko-Lüfterkupplung ist mit ihrem Gehäuse 1 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 2 drehbar auf einer Antriebswelle 3 gelagert, die von einem nicht gezeigten An­ trieb, vorzugsweise einer Verbrennungsmaschine angetrieben wird. Fest mit dem Gehäuse 1 sind in nicht gezeigter Weise Lüfterflügel ausgeführt. Zusammen mit der Gehäusevorderwand 4 wird durch das Gehäuse 1 ein Raum umschlossen, der durch eine Trennwand 6 in einen Arbeitsraum 7 und einen Vorratsraum 8 unterteilt ist. Der Arbeitsraum 7 wird durch das Gehäuse 1 und die Trennwand 6 definiert und der Vorratsraum 7 durch die Ge­ häusevorderwand 4 und die Trennwand 6. Ein auf der Antriebs­ welle 3 befestigter Rotor 9 erstreckt sich in den Arbeits­ raum 7 und bildet, in Achsrichtung gesehen, zu beiden Seiten in Verbindung mit der jeweils zugeordneten Seite des Gehäu­ ses Scherspalte 19 aus.

Die Trennwand 6 weist zumindest eine Steueröffnung 10 auf, die durch einen an der Trennwand 6 befestigten Ventilhebel 12, der in Öffnungsrichtung eine Vorspannung besitzt, verschließbar ist, indem ein in der Gehäusevorderwand 4 axial verschiebbar gelagerter Stift 13 den Ventilhebel 12 gegen die Trennwand 6 drückt. Der Stift 13 kommt anderenends an einer Madenschrau­ be 14 zur Anlage, die mit einer Bimetallfeder 15 in Gewinde­ verbindung steht. Die Bimetallfeder 15 verformt sich in Ab­ hängigkeit vom Temperaturzustand der Verbrennungsmaschine in Richtung zum Ventilhebel 12 oder in von diesem fortweisender Richtung, so daß letztendlich durch diese Bimetallfeder 15 über den Stift 13 die Stellung des Ventilhebels 12 und damit die Öffnungsweite der Steueröffnung 10 bestimmt wird. Im Be­ reich zwischen der Gehäusevorderwand 4 und der Bimetallfe­ der 15 ist der Stift 13 in eine Dichtung 17 geführt, die ei­ nerseits einen Austritt von Viskoseflüssigkeit aus dem Vor­ ratsraum 8 verhindert und andererseits den letztgenannten ge­ genüber der Außenseite des Gehäuses 1 abdichtet. Durch den Ventilhebel 12, den Stift 13, die Madenschraube 14 und die Bimetallfeder 15 wird ein Ventilelement 18 zur Steuerung des Volumenstromes an Viskoseflüssigkeit zwischen dem Vorrats­ raum 8 und dem Arbeitsraum 7 gebildet.

Die Trennwand 6 ist scheibenförmig ausgebildet und im Um­ fangsbereich durch Verrollen fest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Durch die Verrollung entsteht zwischen dem Vorratsraum 8 und dem Arbeitsraum 7 eine Abdichtung, so daß diese beiden Räume in Verschlußstellung des Ventilhebels 12, das heißt, sobald dieser die Steueröffnung 10 der Trennwand, die keine weiteren Öffnungen aufweist, verschlossen hat, druckdicht voneinander isoliert sind. Hierdurch wird folgendes erreicht:

Im Stillstand der Lüfterkupplung, beispielsweise bei abge­ schaltetem Antrieb oder, bei niedriger Drehzahl des Rotors und damit des Gehäuses 1, herrscht im Vorratsraum 8 wegen dessen gegenüber dem Arbeitsraum 7 stärkeren Befüllung im Bereich einer Pumpöffnung 20, auf die noch ausführlich eingegangen wird, ein höherer Druck als im Arbeitsraum. Dieser Druck wirkt in einer nach radial außen führenden, durch eine Kugel 21 ra­ dial außen verschlossenen Bohrung 19 im Gehäuse 1, und damit im Bereich der Pumpöffnung 20, die im radial äußeren Bereich des Rotors 9 angeordnet ist und den Arbeitsraum 7 über die Bohrung 19 mit dem Vorratsraum 8 verbindet. Dieser Druck ist bei langsamer Drehung des Gehäuses 1 größer als ein Pumpdruck, der aufgrund einer langsamen Drehung des Rotors 9 im Arbeits­ raum 7 im Bereich der Scherspalte erzeugt wird. Hierdurch be­ dingt, kann im bislang beschriebenen Betriebszustand der An­ triebswelle 3 und damit des Gehäuses 1 in der Bohrung 19 sowie im Vorratsraum 8 angesammelte Viskoseflüssigkeit über die Pumpöffnung 20 in den Arbeitsraum 7 gedrückt werden. Aufgrund der druckdichten Ausbildung des Vorratsraumes 8 hat ein der­ artiger Verlust an Viskoseflüssigkeit allerdings die Folge, daß sich in dem von Viskoseflüssigkeit freien Teil des Vor­ ratsraumes 8 ein Unterdruck ausbildet, der mit zunehmendem Verlust an Viskoseflüssigkeit weiter ansteigt und, bereits nach Übertritt eines nur sehr geringen Volumenstroms aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeitsraum 7 eine so starke Sogwirkung erreicht hat, daß sich im Bereich der Pumpöffnung 20 ein Druckgleichgewicht einstellt. Ein weiterer Übertritt von Vis­ koseflüssigkeit aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeitsraum 7 wird dadurch unterbunden. Durch diese Maßnahme wird sicherge­ stellt, daß sich in einem derartigen Betriebszustand der Lüf­ terkupplung, in welchem, wie der an der Trennwand 6 in Schließstellung anliegende Ventilhebel 12 zeigt, nur ein ge­ ringer Kühlungsbedarf für den Antrieb benötigt wird, die Scherspalte des Arbeitsraums 7 sich mit Viskoseflüssigkeit nur teilweise füllen können und dadurch bewirken, daß eine Drehung der Antriebswelle 3 und damit des Rotors 9 nur mit viel Schlupf auf das Gehäuse 1 und damit ein mit demselben verbun­ denes Lüfterrad geleitet werden, was eine nur begrenzte Kühl­ wirkung zur Folge hat. Dadurch ist einerseits die durch die Visko-Lüfterkupplung erbrachte Kühlleistung optimal an den tatsächlichen Bedarf angepaßt, und andererseits wird folgendes verhindert:

Bei einem zügigen Beschleunigen der Antriebswelle 3 und damit des Rotors 9 nach der zuvor beschriebenen Betriebsphase der Lüfterkupplung, beispielsweise nach einem Stillstand des Fahrzeugs an einer Ampel bei laufendem Motor, wird die nun ansteigende Drehzahl des Rotors 9 wegen der nur teilweise ge­ füllten Scherspalte des Arbeitsraumes 7 nur mit viel Schlupf und daher relativ träge in eine Drehbewegung des Gehäuses um­ gesetzt. Dadurch ist auch in einer solchen Betriebsphase der Lüfterkupplung deren Geräuschentwicklung begrenzbar.

Bei länger andauerendem Antrieb des Rotors 9 mit hoher Dreh­ zahl und damit ansteigender Temperatur am Antrieb wird der Bedarf an Kühlwirkung durch die Lüfterkupplung ebenfalls zu­ nehmen. Ein Verformen der Bimetallfeder 15 in von der Trenn­ wand 6 fortweisender Richtung bewirkt, daß der Stift 13 auf­ grund der Vorspannung des Ventilhebels 12 der Bewegung der Bimetallfeder 15 nachgeführt wird, so daß der Ventilhebel 12 von der Trennwand 6 abhebt und die Steueröffnung 10 zumindest teilweise freigibt. Daraufhin kommt es zu einem Überströmen von Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum 8 in den Arbeits­ raum 7, wo sich die Scherspalte 19 füllen, so daß das Gehäu­ se 1 mit nur geringem Schlupf gegenüber dem Rotor 9 antreibbar ist. Über die Pumpöffnung 20 kann nun Viskoseflüssigkeit vom Arbeitsraum 7 in den Vorratsraum 8 zurückgepumpt werden. Über die Öffnungsweite der Steueröffnung 10 durch den Ventilhe­ bel 12 und die Wirkung der Pumpöffnung 20 ist demnach ein Vo­ lumenstrom zwischen Arbeits- und Vorratsraum einstellbar, wie er dem jeweiligen Kühlungsbedarf des Antriebs angepaßt ist.

Claims (5)

1. Visko-Lüfterkupplung, umfassend einen mit einem Antrieb verbundenen Rotor, der zur Übertragung eines Drehmomentes über Scherspalte in einem mit Viskoseflüssigkeit ge­ füllten Arbeitsraum vorgesehen ist, einen gegenüber dem letztgenannten durch eine Trennwand abgeteilten Vorrats­ raum für Viskoseflüssigkeit, der über eine Pumpöffnung mit dem Arbeitsraum verbindbar ist, und ein Ventilelement zur Vorgabe der Öffnungsweite von zumindest einer in der Trennwand ausgebildeten Steueröffnung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand (6) in ihrem Kontaktbereich mit dem Gehäuse (1) druckdicht mit dem letztgenannten verbunden und ausschließlich mit der Steueröffnung (10) als Verbindung zwischen Vorratsraum (8) und Arbeits­ raum (7) ausgebildet ist, so daß bei Verschluß der Steu­ eröffnung (10) durch das Ventilelement (18) infolge eines Rücklaufs an Viskoseflüssigkeit aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum ein Unterdruck im Vorratsraum (8) er­ zeugbar ist, der bei Erreichen eines vorbestimmbaren Be­ trages ein Versiegen des Rücklaufs bewirkt.

2. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1, mit einem relativ zum Rotor drehbaren Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (6) scheibenförmig ausgebildet und in ihrem Umfangsbereich druckdicht mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.

3. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindung der Trennwand (6) mit dem Gehäuse (1) durch Verrollen im Kontaktbereich der beiden Teile (1, 6) miteinander herstellbar ist.

4. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1, mit einem Steuer­ mittel für einen Ventilhebel des Ventilelementes, welches die Gehäusevorderwand durchgreift, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vorratsraum (8) durch eine das Steuermit­ tel (16) zum Gehäuse (1) isolierende Dichtung (17) ge­ genüber der Außenseite des Gehäuses (1) druckdicht ist.

5. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 4, mit einem Steuer­ mittel, das einen durch die Gehäusevorderwand in den Vorratsraum bis an den Ventilhebel ragenden Stift auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17) an der Gehäusevorderwand (4) vorgesehen ist und den Stift (13), an diesem in Anlage kommend, umschließt.