DE69011570T2

DE69011570T2 - Elektroviskose Flüssigkeitskupplung.

Info

Publication number: DE69011570T2
Application number: DE69011570T
Authority: DE
Inventors: Wayne Hull Garrett; David Allen Janson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: EP0395007B1; EP0395007A2; EP0395007A3; JPH0314920A; DE69011570D1

Description

Einleitung

Die vorliegende Erfindung betrifft Viskositätsfluidkupplungen, und genauer betrifft sie solche Kupplungen, bei welchen elektroviskoses Fluid eingesetzt wird, um die Übertragung von Drehmoment zwischen gegenüberliegenden Kupplungsteilen zu bewirken.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem Lesen der Beschreibung wird offenbar werden, daß die vorliegende Erfindung vorteilhaft mit Fluidkupplungen eingesetzt werden kann, die ftir viele unterschiedliche Anwendungen vorgesehen sind. Die Erfindung ist jedoch besonders nützlich, wenn sie auf eine Viskositätsfluidkupplung angewendet wird, die als ein Antrieb für ein Zusatzaggregat eines Fahrzeugmotors dient, und sie wird diesbezüglich beschrieben.
Viskositätsfluidkupplungen haben breite Akzeptanz in der Automobilindustrie gefunden, insbesondere um den Betrag des auf ein Kühlerlüftungsgebläse übertragenen Drehmoments zu steuern. Die gebräuchlichste Form solcher Viskositätsfluidkupplungen ist jene, die auf die Lufttemperatur anspricht, wie z.B. veranschaulicht in US-A-3 055 473 von Oldberg et al und US-A-3 809 197 von Clancey. Bei bestimmten Anwendungen ist es jedoch zweckmäßig geworden, andere Systemparameter direkt zu erfassen, wie z.B. die Wassertemperatur in dem Kühler, anstatt die Temperatur der durch den Kühler strömenden Luft zu erfassen. Bis zum heutigen Tag wurden viele Anordnungen vorgeschlagen, um dieses Ergebnis zu erzielen. Typischerweise wurde bei diesen Anordnungen von elektrisch betätigten Naßlauf- oder Trockenlauf-Scheibenkupplungen Gebrauch gemacht. Bei jeder dieser Anordnungen wurden die durch den Gebrauch von viskosem Fluid erzielten Vorteile nicht erreicht.
Ein anderer Nachteil, der Viskositätsfluidkupplungen anhaftet, bei denen Zentrifugalpumpen zum Umwälzen des Fluids zwischen einer Speicherkammer und einer Arbeitskammer eingesetzt werden, liegt in der Viskositäts-Temperatur-Kennkurve von typischerweise auf Silikon basierenden viskosen Fluiden. Die Viskosität des Fluids variiert mit der Umgebungstemperatur, und somit kann die Übertragung von Drehmoment zwischen den Scherflächen nur durch eine physikalische Modulation des zwischen der Arbeitskammer und der Speicherkammer umgewälzten Fluids gesteuert werden. Dieser Strom wird typischerweise durch ein Ventilelement moduliert, das selektiv einen Drainageanschluß überlagert, der die Speicher- und Arbeitskammern verbindet. Obschon dieser Ansatz für bestimmte Anwendungen annehmbar war, wie z.B. für Lüfterantriebe mit einem AN-Aus-Betrieb, erfordern andere Anwendungen ein schnelleres oder zugeschniffenes Ansprechen der Kupplung. Ferner macht das charakteristische abrupte Ein- und Ausrücken vieler bekannter Kupplungen diese für Anwendungen mit größerer Last ungeeignet.
In neuerer Zeit wurden sogenannte elektroviskose Fluide für einen Gebrauch in den fluidbetätigten Vorrichtungen entwickelt, wie sie z.B. in US-A-4 782 927 und US-A-4 744 914 beschrieben sind. Wenn solche Fluide einem elektrostatischen Potential ausgesetzt werden, werden sie in steigendem Maße viskos oder sogar fest. Dieser Effekt, der manchmal als Winslow-Effekt bezeichnet wird, ist in US-A-2 417 850 von Winslow ausführlich beschrieben. Elektroviskose Fluide, welche diese Eigenschaft zeigen, weisen eine Suspension von Partikeln mit im allgemeinen hoher Dieletrizitätskonstante in einem Fluid mit im allgemeinen niedriger Dieletrizitätskonstante auf. Diese Partikel sind typischerweise hydrophile Partikel, an welche Wasser absorbiert ist, um ein hohes Dielektrizitätsvermögen auszubilden. Bei Vorrichtungen, die durch den Gebrauch eines elektroviskosen Fluids betätigt werden, befindet sich das Fluid in einem engen Spalt zwischen zwei elektrisch leitenden Bauteilen, die als Elektroden dienen. Wenn die Vorrichtung ein Ventil ist, kann das Fluid frei durch diesen Spalt strömen. Wenn die Vorrichtung eine mechanische Vortichtung, wie z.B. eine Kupplung oder eine Bremse ist, können die beiden Bauteile unter Aufrechterhaltung des Spalts mit Bezug aufeinander frei bewegt werden. Wenn ein elektrisches Potential an die Elektroden angelegt wird, wird eine Verfestigung des Fluids bewirkt, wodurch der Fluidstrom durch eine Steueröffnung (im Falle des Ventils) unterbunden oder eine relative Bewegung zwischen den Elektroden (im Falle einer Bremse oder einer Kupplung) verhindert wird.
Bei einem Ventil hängt der Druck, dem die Vorrichtung standhalten kann, bzw. bei einer Kupplung oder einer Bremse die Kraft oder das Drehmoment, dem die Vorrichtung standhalten kann, von dem elektrostatischen Potential ab, das zwischen den Elektroden angelegt wurde. Bei steigendem elektrostatischem Feld wird die Scherkraft, der das Fluid standhalten kann, fortschreitend erhöht, bis ein Punkt erreicht ist, an dem das Fluid nicht länger strömen wird und sich schließlich verfestigt. Bei einem Ventil bedeutet das Erreichen dieses Punktes, daß das Ventil vollständig geschlossen ist, und bei einer Kupplung oder einer Bremse führt das Erreichen des festen Zustands zu einem Au1hören des Schlupfes.
Ein Nachteil von bekannten, mit elektroviskosem Fluid betätigten Vorrichtungen, die als Kupplungen oder Bremsen eingesetzt werden, liegt darin, daß das Fluid permanent in dem Spalt zwischen dem beiden Drehmoment übertragenden Bauteilen verbleibt. Auch wenn das Fluid sich in seinem Zustand niedrigster Viskosität befindet und kein elektrostatisches Feld über dieses angelegt wird, zeigt das Fluid fortwährend einen finiten Grad von Viskosität, und es fährt somit fort, einen begrenzten Betrag von Drehmoment über die Bauteile zu übertragen. Bei bestimmten Anwendungen wäre es wünschenswert, diesen störenden und den Wirkungsgrad senkenden Verlust, sowie die sich daraus ergebende Wärmeentwieklung und Leistungsverschlechternng auszuschließen. Ein weiterer Nachteil von bekannten, mit elektroviskosem Fluid betätigten Vorrichtungen liegt in deren relativ großem Ausmaß und Gewicht, wobei dies Nachteile sind, die insbesondere für die Steuerung von Fahrzeugzusatzaggregaten nachteilig sind.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung läßt sich insbesondere bei einer Viskositätskupplung zum Antreiben eines Zusatzaggregats anwenden, wie z.B. eines Kühlerlüftungsgebläses oder eines Klimaanlagenverdichters in einem Automobil oder Lastwagen, wobei die Kupplung ein erstes und ein zweites Bauteil, die für eine relative Drehung um eine gemeinsame Achse montiert sind und miteinander zusammenwirkende Scherflächen definieren, die zwischen sich eine Arbeitskammer bilden und eine Anordnung zum Umwälzen von elektroviskosem Fluid zwischen der Arbeitskammer und einer Speicherkammer aufweist. Bei einer Ausführungsform wird eine Hochspannungspotentialquelle über zwei oder mehr Elektroden angelegt, die so angeordnet sind, daß innerhalb eines Durchtritts, der die Speicherkammer und die Arbeitskammer verbindet, ein elektrostatisches Feld ausgebildet wird, um die charakteristische Viskosität von Fluid, das durch diesen strömt, selektiv zu variieren und somit das umgewälzte Fluid zu modulieren, um die Füllung oder Menge von elektroviskosem Fluid innerhalb der Arbeitskammer als eine Funktion eines erfaßten parametrischen Eingangs, wie z.B. von einem Motorkühlmittel-Temperaturschalter oder einer logischen Schaltung des Wirtsfahrzeugs, zu steuern. Diese Anordnung erlaubt effektiv ein Herausspülen von im wesentlichen dem gesamten Fluid aus der Arbeitskammer bei bestimmten Kupplungsbetriebsarten, wodurch störende Verluste und wärmebedingte Leistungsverschlechterungen im wesentlichen ausgeschlossen werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Anordnung zum Modulieren des umgewälzten Stromes vorgesehen, wodurch die Füllung oder die Menge von elektroviskosem Fluid innerhalb der Arbeitskammer als eine Funktion eines erfaßten parametrischen Eingangs, wie z.B. von einem Motorkühlmittel-Temperaturschalter oder einer logischen Schaltung des Wirtsfahrzeugs, zu steuern. Eine Hochspannungspotentialquelle wird über zwei oder mehr Elektroden angelegt, die so angeordnet sind, daß innerhalb der Arbeitskammer ein elektrostatisches Feld ausgebildet wird, um die charakteristische Viskosität von durch die Arbeitskammer strömendem Fluid selektiv zu variieren. Diese Anordnung erlaubt wirkungsvoll ein Herausspülen von im wesentlichen dem gesamten Fluid aus der Arbeitskammer bei bestimmten Kupplungsbetriebsarten, wodurch im Grunde alle störenden Verluste und wärmebedingten Leistungsverschlechterungen ausgeschlossen werden.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist ein elektrisch leitendes Kupplungsteil auf, das für eine Drehung mit einer Welle montiert ist, sowie ein elektrisch leitendes Abdeckteil, das drehbar mit Bezug auf das erste Bauteil auf der Welle montiert und gegenüber diesem elektrisch isoliert ist. Auf dem Kupplungs- und Abdeckteil angeordnete Scherflächen bilden dazwischen eine Arbeitskammer. Eine Speieherabdeckung ist an dem Abdeckteil benachbart dem Kupplungsteil befestigt, um in Verbindung mit dem Gehäuseteil eine ringförmige Fluidspeicherkammer zu bilden, die koaxial mit der Welle angeordnet ist. Mindestens eine Pumpe ist vorgesehen, die von benachbarten Bereichen des Kupplungsteils und des Abdeckteils radial gegenüberliegend der Welle gebildet wird, und die zum Verdrängen von elektroviskosem Fluid von der Arbeitskammer radial nach innen zu einer Stelle innerhalb der Fluidspeicherkainmer im wesentlichen benachbart der Wellenachse betrieben wird. Eine Ventilanordnung ist vorgesehen, um die Fluidspeicherkammer und die Arbeitskammer selektiv zu verbinden, wobei die Ventilanordnung in einem Zustand den Strom von elektroviskosem Fluid in die Fluidspeicherkammer unterbindet, und die Ventilanordnung in einem zweiten Zustand eine Fluidverbindung zwischen dem radial am weitesten außen liegenden Teil der Fluidspeicherkammer und der Arbeitskammer herstellt, wobei das elektroviskose Fluid zwisehen diesen unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften zum Strömen gebracht wird, die während Zeiten eines Betriebs des Körperteils mit relativ hoher Geschwindigkeit auf das Fluid innerhalb der Fluidspeicherkammer wirken. Schließlich ist eine Quelle eines variablen Hochspannungspotentials vorgesehen, die mit dem Kupplungs- und dem Abdeckteil zusammengeschaltet ist, wodurch das Kupplungs- und das Abdeckteil als in Abstand angeordnete Elektroden fungieren, wenn über diese ein Spannungspotential angelegt wird, um ein variables elektrostatisches Feld innerhalb der Arbeitskammer einzurichten, um eine lokale Änderung der charakteristischen Viskosität des Fluids innerhalb der Arbeitskammer zu bewirken. Eine dritte Elektrode, die mit einer zweiten Hochspannungsquelle verbunden ist, ist so angeordnet, daß sie als die besagte Ventilanordnung arbeitet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie ein vollständiges Ausrücken der Kupplung erlaubt, wobei das gesamte elektroviskose Fluid aus der Arbeitskammer in die Speicherkammer gepumpt wird, wodurch eine statische und dynamische Leckage von der Speicherkammer zurück in die Arbeitskammer verhindert wird. Ferner hat diese Anordnung den Vorteil, daß für eine schnell ansprechende elektrische Steuerung des umgewälzten elektroviskosen Fluidstromes innerhalb der Kupplung gesorgt wird.
Verschiedene andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus dem Lesen der folgenden Beschreibung offenbar, die zusammen mit den Patentzeichnungen eine bevorzugte anschauliche Ausführungsform der Erfindung sowie zwei alternative Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschreibt und offenbart.
Es wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
FIG. 1 ist ein aufgebrochener Seitenaufriß größtenteils entlang der Mittellinie einer Viskositätsfluidkupplungsanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
FIG. 2 ist ein aufgebrochener Seitenaufriß größtenteils entlang der Miffellinie einer Viskositätsfluidkupplungsanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten und alternativen Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf FIG. 1 schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Viskositätsfluidkupplung 10. Die Viskositätsfluidkupplung 10 beinhaltet ein Körperteil 12 und ein Kupplungsteil 14. An dem Körperteil 12 ist mittels Befestigungsanordnungen 18 eine Riemenscheibe 16 angebracht. Die Riemenscheibe 16 soll über einen in Segmenten unterteilten Endlos-Antriebsriemen (nicht veranschaulicht) von dem Motor des Wirtsfahrzeugs angetrieben werden, wie in der Technik bekannt ist.
Das Körperteil 12 ist in zwei Teilen aufgebaut, die für die Zwecke dieser Anmeldung als ein vorderes Kupplungsteil 20 und ein hinteres Kupplungsteil 22 bezeichnet werden. An dem vorderen Kupplungsteil 20 ist ein Führungsbereich ausgebildet, der eine im Umfang um dieses verlaufende Oberfläche 24 aufweist, die den äußeren Bereich 26 des hinteren Kupplungsteils 22 in eine Montagestellung zu diesem führt. Nachdem die Kupplungsteile 20 und 22 zusammen in die veranschaulichte Stellung geführt werden, wird ein Teil 28 des vorderen Kupplungsteils umgebogen, um das vordere und das hintere Kupplungsteil 20 bzw. 22 gegeneinander zu sichern und abzudichten. Zwischen den Kupplungsteilen 20 und 22 ist eine geeignete O-Ringdichtung 30 vorgesehen, um dazwischen Leckage von elektroviskosem Scherfluid zu verhindern.
Das Körperteil 12, das aus den zusammengebauten vorderen und hinteren Kupplungsteilen 20 und 22 besteht, bildet eine allgemein mit 32 bezeichnete Kammer, in der sich das Kupplungsteil 14 dreht. Das Kupplungsteil 14 ist ein scheibenförmiges Bauteil, das einen einstückig ausgebildeten Nabenbereich 34 aufweist. Der Nabenbereich 34 ist in geeigneter Weise mit einer Welle 36 drehfest verbunden, die bei Betrieb durch geeignete Befestigungsanordnungen 33 und elektrisch isolierende Distanzstücke 29 mit einem Drehteil 31 einer Last gekoppelt ist, die von der Kupplung 10 gesteuert wird. Das Körperteil 12 ist für eine Drehung um die Welle 36 auf einem Zwischenlager 37 und einem elektrisch isolierenden Distanzstück 35 montiert. Somit wird die Kupplung 10 von dem Drehteil 31 getragen, sie ist jedoch gegenüber diesem elektrisch isoliert. Ferner wird das Körperteil 12 für eine Drehung um die Welle 36 getragen, sie ist jedoch gegenüber dem Kupplungsteil 14 elektrisch isoliert.
Das Körperteil 12 und das Kupplungsteil 14 verfügen über zusammenwirkende Scherflächen, die in sehr geringem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei ein elektroviskoses Schermedium in dem Raum zwischen den Flächen Drehmoment dazwischen überträgt, so daß sich das Kupplungsteil 14 aufgrund der Drehmomentübertragung durch das elektroviskose Scherfluid dreht.
Bei der in FIG. 1 veranschaulichten Ausführungsform sind die Drehmoment übertragenden Oberflächen der Bauteile 12 und 14 in der Form einer Mehrzahl von Stegen und Nuten ausgebildet. Genauer ist eine Reihe von Stegen und Nuten auf der vorderen Stirnfläche 38 des Kupplungsteils 14 ausgebildet und allgemein mit 40 bezeichnet. Zusammenwirkende Stege und Nuten sind auf der Stirnseite 42 des vorderen Kupplungsteils 20 ausgebildet, wobei diese allgemein mit 44 bezeichnet sind. Die Stege und Nuten 44 auf dem vorderen Kupplungsteil 20 wirken mit den Stegen und Nuten 40 auf dem Kupplungsteil 14 zusammen, und sie sind nach dem Zusammenbau wie veranschaulicht ineinander verzahnt. Die Stege und Nuten befinden sich in einem sehr kleinen Abstand, und sie sorgen in Anbetracht ihrer relativ großen Anzahl für eine wesentliche Fläche für die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Körperteil 12 und dem Kupplungsteil 14. Insbesondere gibt es neun vorstehende Stege auf dem Körperteil 12, die in neun Nuten auf dem Kupplungsteil 14 hineinragen, und acht Stege auf dem Kupplungsteil 14 ragen in acht Nuten auf dem Körperteil 12 hinein. Das Ringvolumen zwisehen den Stegen und Nuten 40 und 44 wird als eine Arbeitskammer 45 bezeichnet.
Die zusammenwirkenden Stege und Nuten 40 und 44 sind in einer direkten Linie mit der Staudruek-Luft angeordnet, die gegen die Außenseite des vorderen Kupplungsteils 20 auftrifft. Infolgedessen sind die Stege und Nuten 40 und 44, welche die Drehmomentübertragung bewirken, so nahe wie möglich an der Staudruck-Luft angeordnet, wie sie durch Pfeile 46 veransehaulicht ist. Aufgrund solch einer Anordnung der Stege und Nuten 40 und 44 ergibt sich eine beträchtliche Wärmeableitung. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber Entwürfen mit Stegen und Nuten auf der Rückseite eines Eingangskupplungsteils und zusammenwirkenden Stegen und Nuten auf einem passenden hinteren Teil, die nicht in dem Staudruck-Luftstrom angeordnet sind. Es versteht sich, daß es eine erhebliche Zahl von zusammenwirkenden Stegen und Nuten gibt, und daß diese eine beträchtliche Oberfläche zum Übertragen von Drehmoment bereitstellen, so daß die Viskositätskupplung über ein erhebliches Drehmoment-Übertragungsvermögen verfügt. Dies gestattet, die Viskositätskupplung ohne weiteres zum Antreiben von relativ großen Lasten bei Fahrzeugen zu benutzen, wie z.B. von Kühlerlüftungsgebläsen, Klimaanlagenverdichtern, Hilfsstromeinheiten und ähnlichem.
Bekannterweise ist der Betrag des zwischen den Stegen und Nuten 40 und 44 übertragenen Drehmoments zu der Last eine Funktion der Fluidmenge in dem Viskositätsscherraum oder der dazwischen befindlichen Arbeitskammer 45. Die Viskositätskupplung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Aufbau versehen, bei dem die Menge an elektroviskosem Scherfluid in diesem Raum aufgrund der Lastanforderungen variiert werden kann. Dies wird im allgemeinen durch den Gebrauch eines Mechanismus zum Pumpen von elektroviskosem Fluid von der Arbeitskammer 45 und eines temperaturerfassenden Ventilmechanismus zum Steuern des Fluidrückstromes in die Arbeitskammer 45 bewirkt.
Das elektroviskose Scherfluid kann von der Arbeitskammer 45 durch die Wirkung zweier Pumpflächen, die an der Stirnseite 42 des vorderen Kupplungsteils 20 ausgebildet sind, gepumpt werden. Diese Pumpanordnung ist in der Technik bekannt und in US-A-3 809 197 detailliert beschrieben, wobei auf diese Beschreibung in vollem Umfang Bezug genommen wird. Die Pumpflächen sind in dem Strömungsweg des Fluids angeordnet, wenn dieses durch Drehung des Kupplungsteils 14 um das vordere Kupplungsteil 20 herum gezogen wird. Das Auftreffen gegen diese Oberflächen erzeugt einen Druck benachbart von Pumpenaustrittsanschlüssen 48 in dem Körperteil 12. Die Pumpenaustrittsansehlüsse 48 stehen mit entsprechenden axial verlaufenden Durchlässen in Verbindung, von denen einer gezeigt und mit 50 bezeichnet ist. Der Durchlaß 50 steht in Verbindung mit einem radial verlaufenden Durchlaß 52 in dem vorderen Kupplungsteil 20. Der Durchlaß 52 ist an dessen radial außen liegendem Ende durch eine geeignete Anordnung abgedichtet, wie z.B. ein Pfropfen oder eine eingepreßte Kugel, die mit 54 bezeichnet ist. Ein ähnlicher radialer Strömungsdurchlaß (nicht gezeigt) wirkt mit dem anderen Pumpenaustrittsanschluß (nicht gezeigt) zusammen.
Die Pumpenaustrittsanschlüsse 48 sind an einem Ende von bogenförmigen Kanälen 56 in der Stirnseite 42 des vorderen Kupplungsteils 20 ausgebildet. Jeder bogenförmige Kanal 56 erstreckt sich etwas weniger als 1800 um das Abtriebsteil 12, wobei das viskose Fluid darin aufgrund der Bewegung oder Drehung des Kupplungsteils 14 mit Bezug auf das Körperteil 12 bewegt wird. Wenn das Fluid gegen Oberflächen, die zuvor beschrieben wurden, auftrifft, strömt es durch den mit den Pumpenaustrittsanschlüssen 48 verbundenen Durchlaß 50 in eine zentrale Fluidspeicherkammer 58, nachdem es radial nach innen durch den Durchlaß 50, den Durchlaß 52 und ein den Durchlaß verlängerndes Standrohr 60 geströmt ist. Das radial am weitesten innen liegende Ende des Durchlasses 52 verfügt über einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser 62, in den das radial am weitesten außen liegende Ende des Standrohrs 60 eingepreßt ist, um darin zurückgehalten zu werden. Das Standrohr 60 verläuft radial nach innen von dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser 62, und es endet in einer Auslaßöffnung 64 an einer Stelle innerhalb der Fluidspeicherkammer 58 benachbart oder relativ nahe der zentralen Achse der Welle 36. Die Fluidspeicherkammer 58 weist eine ringförmige Kammer auf, welche die Drehachse der Bauteile l2 und 14 umrundet und für die Speicherung von elektroviskosem Scherfluid dient. Das Volumen der Fluidspeicherkammer 58 ist so bemessen, daß im wesentlichen das gesamte elektroviskose Scherfluid in der Kupplung 10 darin gespeichert werden kann, wobei sich die Oberfläche des gespeicherten Fluids zu allen Zeiten radial außerhalb der Auslaßöffnung 64 befindet. Somit kann selbst in einem Zustand, in dem das gesamte viskose Fluid innerhalb der Kupplung 10 innerhalb der Fluidspeicherkammer 58 gespeichert ist, das Fluid nicht zurück durch die Durchlässe 50 und 52 treten oder sickern. Dies gilt sowohl für statische als auch für dynamische Zustände, da sich das gesamte in der Fluidspeicherkammer 58 gespeicherte viskose Fluid im unteren Teil der Fluidspeicherkammer 58 absetzen wird und somit dessen Oberfläche unterhalb der Auslaßöffnung 64 liegen wird, wenn sich das Bauteil 12 nicht dreht. Wenn sich das Bauteil 12 dreht, wird in der Fluidspeicherkammer 58 gespeichertes viskoses Fluid in Richtung auf die radial am weitesten außen liegende Wand der Fluidspeicherkammer 58 gedrängt, und auch in diesem Fall wird sich die Oberfläche des Fluids radial außerhalb der Auslaßöffnung 64 befinden. Ferner wird in der gezeigten Stellung das nicht veranschaulichte Standrohr radial nach unten in die Fluidspeicherkammer 58 vorstehen, und es wird nicht als Drainagedurchlaß für viskoses Fluid zurück zu den Durchlässen 50 und 52 zur Verfügung stehen. Es sollte beachtet werden, daß die tatsächliche radiale Verstellung der Auslaßöffnung 64 von der Drehachse der Welle 36 in Abhängigkeit von dem Speichervermögen für elektroviskoses Fluid jenes Teils der Fluidspeicherkammer 58 variieren kann, der radial außerhalb der Auslaßöffnung 64 angeordnet ist. Was wichtig ist, ist daß in allen Zuständen der Pegel des viskosen Fluids innerhalb der Fluidspeicherkammer 58 radial außerhalb der Auslaßöffnung 64 liegt.
Wie oben erwähnt strömt das elektroviskose Scherfluid unter der Steuerung eines temperaturabhängigen Ventilmechanismus, der allgemein mit 66 bezeichnet ist, in den durch die Stege und Nuten 40 und 44 bestimmten Scherraum. Insbesondere steuert der Ventilmechanismus 66 den Strom von elektroviskosem Fluid von der Fluidspeicherkammer 58 in die Arbeitskammer 45. Der Ventilmechanismus 66 beinhaltet ein Ventilelement 68, das mit einer Platte 70 zusammenwirkt, die eine Seite der Fluidspeicherkammer 58 bildet. Die Platte 70 ist in geeigneter Weise an dem vorderen Kupplungsteil 20 um den Umfang der Platte 70 befestigt, und sie bildet somit die Rückseite der Fluidspeicherkammer 58. Die Platte 70 weist zwei Löcher 72 und 74 auf, und das Ventilelement 68 verläuft radial mit Bezug auf die Platte 70 und kann so angeordnet werden, daß es die Löcher 72 und 74 selektiv überlagert. Falls das Ventilelement 68 die Löcher 72 und 74 versehließt, kann das elektroviskose Fluid nicht von der Speicherkammer 58 nach außen durch die Löcher 72 und 74 strömen. Wenn das Ventilelement 68 so bewegt wird, daß die Löcher 72 und 74 geöffnet werden, strömt Fluid von der Fluidspeicherkammer 58 durch diese Löcher in einen mit 76 bezeichneten Bereich, und von diesem Bereich wird das Fluid durch die Zentrifugalkraft nach außen in die Arbeitskammer 45 zwischen die Stege und Nuten 40 und 44 ausgeworfen.
Das Ventilelement 68 wird mit Bezug auf die Platte 70 und mit Bezug auf die darin befindlichen Löcher 72 und 74 durch ein temperaturerfassendes Bimetall-Federelement 78 bewegt, daß in der konventionellen Weise auf dem vorderen Kupplungsteil 20 geeignet montiert ist, und das mit einer Welle 80 verbunden ist. Die Welle 80 ist an deren innerem Ende in geeigneter Weise mit dem Ventilelement 68 über eine Zwischenscheibe 82 verbunden, z.B. durch Punktschweißen oder ähnliches, und ein O-Ring 84, der in einem Bereich mit vermindertem Durchmesser der Welle 80 im wesentlichen zwischen der Scheibe 82 und dem Federelement 78 sitzt, dient dazu, eine Dichtung zwischen der Welle 80 und dem vorderen Kupplungsteil 20 auszubilden. Die Temperaturerfassung durch das Metallfederelement 78 ist derart, daß sie eine Drehung des Wellenbauteils 80 bewirkt, wenn sie eine Änderung der Umgebungstemperatur erfaßt. Das Wellenbauteil 80 wiederum bewirkt eine Bewegung des Ventilelements 68 mit Bezug auf die Platte 70. Die spezielle temperaturabhängige Ventilvorrichtung ist ähnlich der in US-A-3 263 783 offenbarten Ventilvorrichtung, und für nähere Details von deren Aufbau und Betrieb kann auf diese Veröffentlichung Bezug genommen werden. Ferner könnte das Federelement 78 durch einen sich drehenden Elektromagneten, der an einem festgehaltenen Bereich eines Wirtsfahrzeugs fixiert ist, oder durch eine andere geeignete Betätigungsvorrichtung ersetzt werden, die das Ventilelement 68 in Abhängigkeit von einem parametrisehen Eingangssignal selektiv positionieren kann, um einen AN-AUS-Betrieb oder ein gesteuertes Ein- und Ausrücken der Kupplung 10 zu bewirken.
Falls es erwünscht ist, die F1uidmenge in dem Scherraum zwischen den Stegen und Nuten 40 und 44 zu vermindern, muß nur die Bewegung des Ventilelements 68 in eine Stellung bewirkt werden, in welcher der Fluidstrom von der Fluidspeicherkammer 58 in den Bereich 76 blockiert ist. Dies geschieht, wenn das temperaturerfassende Bimetall-Element 78 eine niedrige Temperatur und somit eine Verminderung der erforderlichen Drehzahl der angetriebenen Last (des Lüfters) erfaßt. Die Löcher 72 und 74 werden geschlossen oder deren Öffnungsfläche wird vermindert, wodurch der Strom in die Arbeitskammer 45 minimiert wird. Infolgedessen wird die Drehung des Bauteils 14 bewirken, daß Fluid mit Bezug auf die Oberflächen innerhalb der Kanäle 56 gezogen oder bewegt wird, und das Fluid wird dann durch die Pumpenaustrittsansehlüsse 48 und durch die Auslaßöffnung 64 des Standrohrs 60 in die Fluidspeicherkammer 58 strömen. Infolgedessen wird sich eine resultierende Verminderung des elektroviskosen Fluids in der Arbeitskammer 45 und somit eine Senkung des auf die Last übertragenen Drehmoments ergeben. Falls es erwünscht ist, das auf die Last übertragene Drehmoment zu steigern, ist es dann erforderlich die Fluidmenge in der Arbeitskammer 45 zu vergrößern. Daher müssen die Löcher 72 und 74 eine Fluidmenge in die Arbeitskammer 45 passieren lassen, die größer ist als jene, die aufgrund der Wirkung der Pumpflächen von der Arbeitskammer 45 abgeleitet wird, und daher müssen die Löcher 72 und 74 durch das Ventilelement 68 geöffnet werden, um den Durchtritt eines ausreichend großen Stromes von elektroviskosem Fluid in die Arbeitskammer 45 zu ermöglichen, so daß sich ein resultierender Zuwachs an Fluid innerhalb der Arbeitskammer 45 ergibt.
Wenn die Viskositätsfluidkupplung 10 ruht, nimmt das gesamte elektroviskose Scherfluid eine Position im unteren Teil derselben ein. Bei einer Drehung wird das elektroviskose Scherfluid um den Umfang der Kupplung 10 durch deren Drehung gezogen, und aufgrund der Zentrifugalkraft strömt das viskose Scherfluid nach außen in die Arbeitskammer 45. Wenn sich das elektroviskose Scherfluid erst einmal in der Arbeitskammer 45 befindet, strömt Fluid aufgrund der Pumpwirkung der Pumpflächen in die Fluidspeicherkammer 58, und der Fluidstrom von der Fluidspeicherkammer 58 wird von dem Ventilelement 68 gesteuert. Wenn sich das Bauteil 14 mit Bezug auf das Bauteil 12 dreht, überträgt viskoses Scherfluid in der Arbeitskammer 45 Drehmoment zwischen den Bauteilen, um eine Übertragung von Drehmoment auf die Last zu bewirken. Wenn diese Drehung erfolgt, tritt zwischen radial angeordneten Kanälen in den Bauteilen 12 und 14 eine periodische Ausrichtung ein, wie im Detail in US-A-3 809 l97 beschrieben. Wenn dies geschieht, bestimmt die periodische Ausrichtung zwischen jenen Kanälen einen relativ großen Durchlaß für einen radial nach außen gerichteten Fluidstrom von der Fluidspeicherkammer 58, wodurch die Arbeitskammer 45 an deren äußerem Umfang gefüllt wird. Diese Kanäle sorgen - nicht nur wenn sie ausgerichtet sind, sondern zu allen Zeiten und auch während eines anfänglichen Hochlaufs -für einen radial nach außen gerichteten Strom, und sie sorgen aufgrund des Stromes von der Fluidspeicherkammer 58 für ein rasches Ansprechverhalten.
Zusätzlich zu der mechanischen Modulation des Umwälzstromes von elektroviskosem Scherfluid durch den oben beschriebenen Ventilmechanismus 66 wird eine getrennte und unabhängige Steuerung des Fluidstromes dadurch bewirkt, daß ein Teils des Fluids einem starken elektrischen Feld ausgesetzt wird, um eine lokale Änderung von dessen Viskosität und somit von dessen Durchflußmenge zu bewirken. Diese Steuerung ist im wesentlichen unabhängig von den relativen und absoluten Drehraten des Körperteils 12 und des Kupplungsteils 14.
Wie oben beschrieben wird die Welle 36 von dem Drehteil 31 getragen, ist jedoch elektrisch von diesem isoliert. Die Welle 36 und das Kupplungsteil 14 sind aus elektrisch leitendem Material aufgebaut, und sie sind über eine aus einer Bürste 88 und einem Schleifring 90 bestehenden Anordnung mit einer Hochspannungsquelle 86 elektrisch verbunden. Die Bürste 88 wird durch eine Vorspannfeder 92, welche die Bürste 88 gegen ein geerdetes isoliertes Tragteil 94 drückt, in engen Kontakt mit dem Schleifring 90 gedrückt. So liefert die Spannungsquelle 86 über einen Leiter 96, die Bürste 88, den Sehleifring 90 und die Welle 36 ein Hochspannungspotential an das Kupplungsteil 14. Das an den Leiter 96 angelegte Spannungspotential wird über eine Steuervorrichtung 98 variiert.
Das vordere und das hintere Kupplungsteil 20 bzw. 22 des Körperteils 12 sind ebenfalls aus elektrisch leitendem Material aufgebaut. Wie oben beschrieben, wird das Körperteil 12 für eine Drehung auf der Welle 36 getragen, ist jedoch durch das Distanzstück 35 gegenüber dieser elektrisch isoliert. Das Köiperteil 12 steht in elektrischer Verbindung mit der Hochspannungsquelle 86 und liegt über eine Bürsten-/Schleifringanordnung 100 an Masse. Somit wird das Körperteil 12 unabhängig von dessen Drehstellung und Geschwindigkeit zu allen Zeiten auf Massepotential gehalten. Ein elektrisch isolierendes, ringförmiges Distanzstück 102 ist innerhalb der Kammer 32 zwischen der am weitesten links liegenden Oberfläche des Kupplungsteils 14 und dem hinteren Kupplungsteil 22 angeordnet. Das ringförmige Distanzstück 102 wird von dem hinteren Kupplungsteil 22 in engem Abstand jedoch ohne Kontakt mit dem Kupplungsteil 14 getragen, wobei gewährleistet ist, daß zu allen Zeiten ein minimaler axialer und radialer Abstand zwischen dem Kupplungsteil 14 und dem hinteren Kupplungsteil 22 beibehalten wird. Das Körperteil 12 und das Kupplungsteil l4 sind so aufgebaut, daß deren Stellen mit der größten Annäherung oder dem kleinsten Abstand von den Stegen und Nuten 40 und 44 gebildet werden. Wenn an den Leiter 96 ein Spannungspotential angelegt wird, wird somit in dem Bereieh zwisehen benachbarten entsprechenden Stegen und Nuten 40 und 44 des Körperteils 12 und des Kupplungsteils 14, welcher die Arbeitskammer 45 der Kupplung 10 darstellt, ein starkes elektrisches Feld erzeugt. Wenn das Ventilelement 68 bei Betrieb so positioniert ist, daß für einen Strom von elektroviskosem Fluid durch die Arbeitskammer 45 gesorgt wird, kann die Viskosität des darin befindlichen Fluids durch das Anlegen einer Hochspannung an den Leiter 96 wesentlich beeinflußt werden, und somit kann das Drehmomentübertragungsvermögen der Kupplung 10 im Grunde ohne Zeitverzögerung gesteuert werden, ohne daß ein Verstellen des Ventilelements 68 erforderlich ist. Somit kann bei der bevorzugten Anwendung der Ventilmechanismus 66 für einen einfachen binären oder AN-AUS-Betrieb eingesetzt werden, während die bei einem Ein- und Ausrücken der Kupplung 10 unter Bedingungen hoher Last anzutreffenden hohen Drehmomentspitzen durch eine aktive Steuerung der Hochspannungsquelle 86 durch die Steuervorrichtung 98 absorbiert werden können.
Unter Bezugnahme auf FIG. 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Viskositätsfluidkupplung 110 veranschaulicht, die eine Körperteilbaugruppe 112 und eine Kupplungsteilbaugrupe 114 aufweist. Die Baugruppen 112 und 114 der Kupplung 110 werden der Einfachheit und Klarheit halber in einer Beschreibung der Arbeitsprinzipien als grundlegend einteilige Anordnungen veranschaulicht. Es versteht sich jedoch, daß die Baugruppen 112 und 114 in der tatsäehlichen Praxis eine Mehrzahl von kombinierten Strukturkomponenten aufweisen würden.
Die äußere Umfangsfläche 116 des Köiperteils 112 bildet eine Riemenscheibe, die über einen (nicht veranschaulichten) in Segmenten unterteilten Endlosriemen von dem Motor des Wirtsfährzeugs angetrieben werden soll, wie in der Technik bekannt ist.
Das Körperteil 112 und das Kupplungsteil 114 sind aus elektrisch leitendem Material aufgebaut. Das Körperteil 112 bildet eine allgemein mit 118 bezeichnete Kammer, in welcher das Kupplungsteil 114 rotiert. Das Kupplungsteil 114 weist einen hohlzylindrischen Nabenbereich 120 und einen einstückigen, radial nach außen verlaufenden, scheibenförmigen Bereich 122 auf. Der Nabenbereich 120 ist in geeigneter Weise mit einer Welle 124 drehfest verbunden, die bei Betrieb mit einem (nicht veranschaulichten) Drehteil einer Last gekoppelt wird, die von der Kupplung 110 gesteuert wird. Die Welle 124 ist aus einem elektrisch leitenden Material aufgebaut, und sie wird wie bei 125 angedeutet über geeignete Bürsten und Schleifringe (nicht veranschaulicht) oder eine andere geeignete Anordnung auf Massepotential gehalten. Zwei mit Flanschen versehene Distanzstücke 126 und 128 werden auf der Welle 124 getragen und durch den Nabenbereich 120 des Kupplungsteils 114 voneinander getrennt. Die Distanzstücke 126 und 128 sind aus elektriseh isolierendem Material ausgebildet, und sie weisen axial nach außen verlaufende Buchsenbereiche 126a bzw. 128a und generell scheibenförmige Anschlagbereiche 126b bzw. 128b auf, die von den Buchsenbereichen 126a bzw. 128a radial nach außen verlaufen. Die Anschlagbereiche 126b und 128b erstrecken sich radial ebenso weit wie der Nabenbereich 120 des Kupplungsteils 114. Die inneren Laufflächen zweier Wälzlager 130 bzw. 132 sind über die Buehsenbereiche 126a und 128a aufgepreßt, und sie stoßen axial an die Anschlagbereiche 126b bzw. 128b an. In den Anschlagbereichen 126b und 128b sind Stufen 126c und 128c ausgebildet, um zu gewährleisten, daß die äußeren Laufflächen der Lager 130 und 132 in geringem Abstand von den Buchsen 126 bzw. 128 bleiben.
Das Körperteil 112 beinhaltet eine axial ausgerichtete Sackbohrung 134, die sich wie gesehen in FIG. 2 nach rechts öffnet. Das linke Ende der Bohmng 134 wird von einem angeformten Steg 136 verschlossen, der in dem am weitesten links liegenden Bereich des Körperteils 112 ausgebildet ist. Ein generell scheibenförmiges Distanzstück 138, das aus elektrisch isolierendem Material geformt ist, ist mittels Preßpassung in die Bohrung 134 benachbart dem Steg 136 eingefügt. Das Distanzstüek 138 beinhaltet eine Stufe 138a, die im Umfang um den radial außen liegenden Teil des Distanzstücks verläuft. Bei dem Zusammenbau werden die äußeren Laufflächen der Lager 130 und 132 mittels Preßpassung in die Bohrung 134 eingefügt. Die linke Stirnfläche der äußeren Lauffläche des Lagers 130 stößt an die Stufe 138a des Distanzstücks 138 an. Durch die Stufe 138a wird ein geringer Abstand zwischen dem Distanzstück 38 und der inneren Lauffläche des Lagers 130, sowie eine elektrische Isolation der Welle 124 von dem Körperteil 112 gewährleistet. Bei einem solchen Zusammenbau verhindern die Stufen 126c und 138a eine axiale Verstellung des Lagers 130. Ein benachbart der Öffnung von Bohrung 134 befindlicher Bereich des Köiperteils 112 ist bei 140 verformt, um den am weitesten rechts liegenden Teil der äußeren Lauffläche des Lagers 132 zu umgreifen, wobei die Stufe 128c und der Deformationsbereich 140 eine axiale Verstellung des Lagers 132 verhindern. Bei dieser Anordnung wird das Köiperteil 112 für eine Drehung auf der Welle 124 in enger Rotationsausriehtung mit dem Kupplungsteil 114 getragen, ist jedoch von diesem elektrisch isoliert.
Das Körperteil 112 und das Kupplungsteil 114 verfügen über zwei Sätze von zusammenwirkenden Scherflächen, die in sehr geringem Abstand angeordnet sind, wodurch ein in dem Raum zwischen den Flächen befindliches elektroviskoses Scherrnedium Drehmoment zwischen diesen übertragen kann, so daß sich das Kupplungsteil 114 aufgrund der Drehmomentübertragung durch das elektroviskose Scherfluid dreht.
Wie bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die Drehmoment übertragenden Oberflächen der Bauteile 112 und 114 in der Form einer Mehrzahl von nach dem Zusammenbau ineinander verschaehtelten Stegen und Nuten ausgebildet, die bei 142 bzw. 144 allgemein gezeigt sind. Die Stege und Nuten 142 und 144 befinden sich in sehr geringem Abstand zueinander, und sie sorgen für eine beträchtliche Fläche für die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Körperteil 112 und dem Kupplungsteil 114. Die Oberflächengröße und der innere Abstand der Stege und Nuten 142 und 144 sowie die über diese angelegte Spannung sind Entwurfskriterien, die von der Größe der von der Kupplung 110 zu steuernden Last, den Umgebungsbedingungen und anderen Erwägungen bestimmt werden. Demgemäß sollen die speziellen Ausführungsformen, die in den FIG. 1 und 2 veranschaulicht sind, nur Anschauungszweeken dienen, die nicht maßstäblich übernommen werden sollen. Das Ringvolumen zwischen den Stegen und Nuten 142 und 144 wird als eine Arbeitskammer 146 bezeichnet.
Wie bei der in FIG. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausführungsiorm von FIG. 2 mit einem Aufbau versehen, bei dem die Menge an elektroviskosem Scherfluid in der Arbeitskammer 146 aufgrund der Anforderungen der Last variiert werden kann.
Dies erfolgt im allgemeinen durch den Gebrauch eines Mechanismus zum Pumpen des Fluids von der Arbeitskammer 146 und eines Ventilmechanismus zum Steuern des Fluidstroms zurück in die Arbeitskammer 146. Die Pumpwirkung wird durch den radial am weitesten außen liegenden Umfangsbereich 148 des scheibenförmigen Bereichs 122 des Kupplungsteils 114 erreicht, der sich innerhalb einer sich radial nach innen öffnenden Umfangsnut 150 dreht, die in dem radial am weitesten außen liegenden Bereich der Kammer 118 des Körperteils 112 ausgebildet ist. In der Nut 150 sind ein oder mehrere radial nach innen verlaufende Überläufe 152 ausgebildet, die aufgrund der relativen Drehung zwischen dem Bereich 148 innerhalb der Nut 150 einen lokalen Druckanstieg in dem elektroviskosen Fluidstrom erzeugen können. Dieser lokale Druckanstieg führt zu einer Fluidströmung durch einen radial nach innen gerichteten Pumpenaustrittsdurchlaß 154, der in dem Scheibenbereich 122 ausgebildet ist. Das radial innere Ende des Durchlasses 154 verfügt über einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser 156, in den das radial äußere Ende eines Standrohrs 158 mittels Preßpassung eingefügt ist. Das Standrohr 158 verläuft radial nach innen innerhalb einer ringförmigen Fluidspeicherkammer 160, die konzentrisch um die Aehse der Welle 124 angeordnet ist und vollständig von dem Nabenbereich 120 des Kupplungsteils 114 umschlossen wird. Aus den Gründen, die oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der Erfindung von FIG. 1 beschrieben wurden, öffnet sich das Standrohr 158 an einer Stelle, die so nahe wie praktisch möglich an der Drehachse des Kupplungsteils 114 liegt.
Elektroviskoses Scherfluid strömt wie oben erwähnt in die Arbeitskammer 146 unter der Steuerung eines generell mit 162 bezeichneten Ventils für das elektroviskose Fluid. insbesondere steuert das Ventil 162 den Strom von elektroviskosem Fluid von der Fluidspeicherkammer 160 in die Arbeitskammer 146. Das Ventil 162 beinhaltet einen sich radial nach außen öffnenden Drainageanschluß 164, der den radial am weitesten außen liegenden Teil der Fluidspeicherkammer 160 mit der Kammer 118 des Körperteils 112 verbindet. Eine zylindrisehe Elektrode 166 ist in präziser Rotationsausrichtung mit der radial am weitesten außen liegenden Öffnung des Drainageanschlusses 164 in Abstand zu diesem angeordnet. Die Elektrode 166 wird in ihrer veranschaulichten Stellung für eine Drehung mit dem Körperteil 112 dadurch zurückgehalten, daß sie in eine sich axial öffnende Nut 168, die sich nach links innerhalb der Kammer 118 öffnet, über einen dazwischen liegenden ringförmigen Isolator 170, der einen typischen U-förmigen Querschnitt aufweist, mittels Preßpassung eingefügt ist.
Die Elektrode 166 erstreckt sich nach links in die Kammer 118, und sie ist in einem geringen radialen Abstand zu der äußeren Umfangsfläche des Nabenbereichs 120 und ebenfalls in geringem axialen Abstand zu dem benachbarten Teil des Scheibenbereichs 122 des Kupplungsteils 114 angeordnet. Durch diese Anordnung ist die Elektrode 166 sowohl von dem Körperteil 112 als auch von dem Kupplungsteil 114 elektrisch isoliert, und sie befindet sich kontinuierlich und unabhängig von den relativen Drehstellungen derselben in geringem Abstand von dem Auslaß des Drainageanschlusses 164. Für eine externe elektrische Anschlußfläche mit der Elektrode 166 wird durch die Bereitstellung von einer oder mehreren lokalen axialen Verlängerungen 172 gesorgt, die elektrisch mit der Elektrode 166 über eine ringförmige Bahn oder Schiene 174 verbunden sind, welche auf der Außenseite des Körperteils 112 über einen dazwischen liegenden ringförmigen lsolator 176 getragen wird, der in geeigneter Weise mit dem Körperteil 112 und der Bahn 174 verbunden ist. Die Bahn 174 ist konzentrisch zu der Welle 124 angeordnet, wodurch unabhängig von der relativen Winkelposition des Körperteils 112 ein kontinuierlicher elektrischer Leiterweg zwischen der Elektrode 166 und einer variablen Hochspannungsquelle 180 eingerichtet wird, wenn eine geeignete Bürsten- oder Schleiferanordnung 178 axial gegen die Bahn 174 gedrückt wird. Wie untenstehend beschrieben wird, verfügt die Spannungsquelle 180 über einen zweiten Ausgang an eine Bürsten/Schleiferanordnung 182, die an einer generell mit 184 bezeichneten Stelle kontinuierlich gegen einen äußeren Flächenbereich des Körperteils 112 drückt, welcher eine einstückige Bahn oder Spur darstellt.
Eine Anzahl von Durchlässen 186 erstreckt sich durch den Scheibenbereich 122 des Kupplungsteils 114 an einer radialen Stelle benachbart der Elektrode 166, um eine nahezu gleichförmige Verteilung des elektroviskosen Fluidstroms zu den entsprechenden linken und rechten Sätzen von Stegen und Nuten 142 und 144 zu gewährleisten. Die Hochspannungsquelle 180 ist mit Masse sowie mit einer Steuervorrichtung 188 verbunden, die wie unten beschrieben zwei Funktionen erfüllt.
In der Praxis würde die Steuervorrichtung 188 variable Eingänge an die Hochspannungsquelle 180 liefern. Solche Eingänge könnten analog sein, oder AN/AUS, Temperatur, Drehmoment, Bedieneranfordemngen oder ein anderer parametrischer Eingang, der sich zur Anwendung eignet. Wie unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, würde die Spannungsquelle 180 ein relativ hohes Spannungspotential an die Bürsten/Schleiferanordnung 182 liefern, wobei dessen Wert als eine Funktion der Eingänge des Steuergeräts 188 variiert werden würde. Dies würde zu dem Aufbau eines starken elektrischen Feldes innerhalb der Arbeitskammer 146 führen, das die Viskosität des darin befindlichen Fluids in kontrollierter Weise variieren würde, um dadurch den Betrag des zwischen dem Körperteil 112 und dem Kupplungsteil 114 übertragenen Drehmoments zu steuern. Außerdem würde die Hochspannungsquelle 180 über die Bahn 174 und die Verlängerung 172 ein getrenntes Ausgangsspannungssignal an die Elektrode 166 liefern, um einen zweiten Bereich eines starken elektrischen Feldes zu erzeugen, das um den Bereich zwischen der radial am weitesten innen liegenden Fläche der Elektrode 166 und dem radial am weitesten außen liegenden Teil der Nabe 120 verlaufen würde. Bei Betrieb könnte somit der Strom von elektroviskosem Fluid von der Fluidspeicherkammer 160 zu der Arbeitskammer 146 über den Drainageanschluß 164 über das Fluidventil 162 durch das Anlegen des elektrischen Feldes zwischen der Elektrode 166 und der Nabe 120 gesteuert werden. Bei der beabsichtigten Anwendung wäre das Spannungspotential an der Elektrode 166 ausreichend hoch, um das elektroviskose Fluid effektiv zu verfestigen oder zu verklumpen, das über den Austrittsanschluß 164 auszutreten versucht, und dadurch würde weiteres Fluid daran gehindert werden, in die Arbeitskammer 146 zu gelangen. Falls erwünscht könnte das elektrische Potential an dem Schleifer 178 vollkommen abgeschaltet werden, wodurch die Viskosität des aus dem Anschluß 164 austretenden Fluids bis zu dem Wert erhöht wird, an dem der aufgrund von Zentrifugalkräften auf den Fluidvorrat innerhalb der Speicherkammer 160 wirkende Druck einen nach außen gerichteten Strom durch den Anschluß 164 bewirkt, wodurch zusätzliches Fluid in die Arbeitskammer 146 gelangen wird.
Um die Kupplung 110 auszurücken, würde das Spannungspotential an der Elektrode 166 maximiert werden, um zu verhindern, daß Fluid aus der Fluidspeicherkaminer 160 austritt, und gleichzeitig würde das Potential an der Bürste 182 minimiert oder abgeschaltet werden, um die Viskosität des elektroviskosen Fluids innerhalb der Arbeitskammer 146 zu minimieren, wodurch während einer relativen Drehung zwischen dem Körperteil 112 und dem Kupplungsteil 114 Fluid innerhalb der Arbeitskammer 146 dazu neigen würde, über den Durchlaß 154 und das Standrohr 158 radial nach innen in die Fluidspeicherkammer 160 gepumpt zu werden. Unter diesen Bedingungen würde im wesentlichen das gesamte Fluid in der Arbeitskammer 146 rasch in die Fluidspeicherkammer 160 gepumpt werden, wodurch störende Verluste während einer nachfolgenden relativen Drehung zwischen den Bauteilen ausgeschlossen werden wurde. Um die Kupplung einzurücken, würde das Potential an der Bürste 178 beseitigt oder erheblich vermindert werden, wodurch ein rascher Fluidstrom von der Speicherkammer 160 in die Arbeitskammer 146 eingerichtet wird, um erneut die Übertragung von Drehmoment dazwischen zu bewirken. Für Anwendungen mit großer Last ist vorgesehen, daß das elektrische Potential an der Bürste 182 anfänglich nicht wieder angelegt werden würde, sondern daß die Arbeitskammer 146 zuerst mit Fluid relativ geringer Viskosität wiederaufgefüllt werden würde. Diese Steuerung wird für eine minimale Drehmomentübertragung zwischen den Bauteilen 12 und 14 bei einem anfänglichen Eingriff sorgen. Nachfolgend könnte das Spannungspotential an der Bürste 182 graduell gesteigert werden, um für einen gesteuerten Eingriff der Kupplung 110 in Abhängigkeit von Systemanfordernngen und der Art der zu steuernden Last zu sorgen.
Es versteht sich, daß die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, welche für die zuvor beschriebenen Merkmale und Vorteile sorgen, und daß solch eine spezielle Ausführungsform modifiziert werden kann, wie Fachleuten offenbar sein wird. Demgemäß sollte das Vorangehende nicht in einem begrenzten Sinn angesehen werden.

Claims

1. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung (10, 110) versehen mit:

einem ersten und einem zweiten Bauteil (12 und 14; 112 und 114), die für eine relative Drehung um eine gemeinsame Achse montiert sind und miteinander zusammenwirkende Scherflächen (40 und 44; 142 und 144) definieren, die zwischen sich eine Arbeitskammer (45, 146) bilden;

einer Hochspannungspotentialquelle (86; 180); und

einer Mehrzahl von in einem Stromkreis mit der Quelle liegenden Elektroden (12 und 14; 112 und 114), die so angeordnet sind, daß innerhalb der Arbeitskammer ein elektrostatisches Feld ausgebildet wird, um die charakteristische Viskosität von Fluid in der Arbeitskammer selektiv zu variieren;

gekennzeichnet durch

eine Anordnung (14, 38, 48, 50, 52, 56; 148, 150, 152, 154) zum Umwälzen von elektroviskosem Fluid zwischen der Arbeitskammer (45, 146) und einer Speicherkammer (58, 160); und

eine Anordnung (66, 162) zum Modulieren des umgewälzten Stromes als eine Funktion eines erfaßten parametrischen Eingangs.

2. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung nach Anspruch 1, wobei der erfaßte parametrische Eingang eine Hostsystemtemperatur umfaßt.

3. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, ferner versehen mit einer Anordnung (98, 188) zum Ändern des Spannungspotentials als eine Funktion eines zweiten erfaßten parametrischen Eingangs.

4. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fluidumwälzanordnung (14, 38, 48, 50, 52, 56; 148, 150, 152, 154) während einer relativen Drehung zwischen den Bauteilen (12, 14; 112, 114) arbeitet.

5. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Scherfläche (40, 44; 142, 144) eine Mehrzahl von ineinandergreifenden Stegen und Nuten aufweisen.

6. Mit einem elektroviskosen Fluid arbeitende Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (162) zum Modulieren des umgewälzten Stromes einen Durchlaß (164), der das elektroviskose Fluid von der Speicherkammer (160) zu der Arbeitskammer (146) strömen läßt, und eine weitere Mehrzahl von in einem Stromkreis mit der Quelle (180) liegenden Elektroden (166, 114) aufweist, die so angeordnet sind, daß innerhalb des Bereichs des Durchlasses (164) ein elektrostatisches Feld ausgebildet wird, um die charakteristische Viskosität von durch den Durchlaß (164) hindurchströmendem Fluid selektiv zu steigern, um den umgewälzten Strom als eine Funktion eines erfaßten parametrischen Eingangs zu modulieren.