DE2804557C3

DE2804557C3 - Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2804557C3
Application number: DE2804557A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen Nonnenmann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1984-08-30
Also published as: JPS597844B2; ES477413A1; GB2013839A; FR2416383B1; FR2416383A1; IT7919869A0; IT1164972B; JPS54113748A; GB2013839B; DE2804557B2; DE2804557A1; US4310084A

Description

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (8) mit PTC-Widerstand (18) im Zentrum der Kupplungsfrontseite (1) gegenüber der Kupplung drehbar gelagert ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (10) des Dehnstoffelementes (8) und dem Ventilhebel (4) ein Drucklager (12,13,14) angeordnet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhebel (4) zumindest im Bereich der Achse des Kolbens (10) des Dehnstoffelementes (8) aus einem elastischen Material besteht.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine, mit Füllungsregelung mit einem gegen über einer Antriebsweile drehbaren Kupplungsgehäuse, das durch eine Trennwand in eine Vorrats- und eine Antriebskammer mit einer darin befindlichen Antriebsscheibe unterteilt ist, wobei sich in der Trennwand eine von einem Ventil verschließbare Öffnung befindet, welche die Vorrats- und Antriebskammer miteinander verbindet, mit einem am Kupplungsgehäuse angebrachten temperaturabhängigen Arbeitselement zur Betätigung des Ventilhebels.

Bei einer aus der DE-AS 12 84186 bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art besteht das temperaturabhängige Arbeitselement für die Ventilbetätigung aus einem Bimetall, das am Kupplungsgehäuse angeordnet ist und über einen kurzen Stößel seine Formänderung auf das Ventil überträgt. Die mit einem Lüfter versehene Kupplung wird von der Warmluft des davor angeordneten Kühlers beaufschlagt. Das Bimetall regelt deshalb die Kupplung über die Kühllufttemperatur, die ein Maß für die Kühlwassertemperatur darstellt. Bei neueren Entwicklungen auf dem Kraftfahrzeugsektor, beispielsweise bei Anordnung eines Ladeluft-

kühlers vor dem Wasserkühler, Verwendung eines Ringkühlers mit Radiallüfter, drückende Lüfteranordnung bei Flachkühlern oder Gebläse für luftgekühlten Motoren, ist diese einfache Flüssigkeitsreibungskupplung nicht anwendbar. In diesen Fällen wird nämlich die

ίο Kühlluft auch durch den Ladeluftkühler erwärmt bzw. die Luftaufwärmung erfolgt erst hinter dem Lüfter.

Eine allgemeiner einsetzbare Kupplung muß deshalb direkt von der Temperatur des zu kühlenden Mediums oder Bauteils beeinflußbar sein, wobei ein Steuersignal von einem an der kritischen Stelle angeordneten Thermoschalter ausgelöst und auf die Kupplung übertragen wird.

Ali. Übertragungsmedium kann Druckluft öl oder elektrischer Strom verwendet werden. Der Aufwand für die beiden erstgenannten Mittel ist jedoch wegen der zu .verlegenden Leitungen sowie der erforderlichen Ablichtungen und Ventile erheblich. Eine derartige ^pneumatische Steuerung ist aus der US-PS 38 80 265 bekannt

Wesentlich billiger ist eine elektrische Signalübertragung. Elektrische Steuerungen für Flüssigkeitsreibungskupplungen in Verbindung mit einem Magneten sind z. B aus der DE-AS 12 70 339 bekannt Elektromagnete sind aber kostspielig und belasten bei Anbringung an der Kupplung durch ihr hohes Gewicht nicht nur die Kupplungslagerung, sondern auch die antriebsseitigen Lager, ζ. B. der Wasserpumpen- oder Kurbelwelle.

Schließlich ist aus der DE-AS 12 84 721 eine wärmeabhängig regelbare Flüssigkeitsreibungskupplung bekannt, die einen mittels einer elektrischen Heizwicklung beheizbaren Temperaturfühler aufweist, der mechanisch mit einer axial verschiebbaren Kupplungsscheibe zusammenwirkt Diese Flüssigkeitsreibungskupplung besitzt einerseits kein Ventil zur Steuerung einer Öffnung zwischen Vorrats- und Antriebskammer und andererseits soll durch die elektrische Heizung die Flüssigkeitstemperatur im Temperaturfühler willkürlich regelbar sein. Dabei dient zur Einstellung des zu übertragenden Drehmomentes ein Widerstand, der Teil eines Regelkreises sein kann. Eine elektrische Beheizung dieser Art kann zu unkontrollierten Temperaturen innerhalb des Dehnstoffelementes, damit zu unzulässig hohen Drücken und zur Zerstörung des Dehnstoffelementes bzw. der damit

so verbundenen Bauteile führen. Eine entsprechende Überdimensionierung verteuert die Einrichtung und ist mit einer die Kupplungslager stark belastenden Gewichtserhöhung verbunden.

Bei der Erwärmung des Dehnstoffelementes durch eine elektrische Heizvorrichtung hängt auch die Temperatur und damit die Volumenänderung des Dehnstoffes von der Umgebungstemperatur ab. Diese kann je nach Jahreszeit zwischen etwa - 20"C und +35⁰C schwanken. Die Zuschaltung der Kupplung zum richtigen Zeitpunkt ist dadurch in Frage gestellt. Dieser Nachteil ist auch durch sorgfältige Isolierung des Steuerelementes einschließlich Heizung nicht zu beheben, da in diesem Fall die Abkühlung des Dehnstoffes bei Stromwegnahme zu lange dauern würde, wodurch ebenfalls eine zuverlässige Regelbarkeit nicht mehr gewährt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Kupplungen zu vermeiden und

eine universell einsetzbare, von einem beliebigen Signal, ausgehend z. B. von der Temperatur der Ladeluft, des Kühlwassers, eines Schmiermittels, der Zylinderwand, der Brennkraftmaschinen u. dgl. zu beeinflussende, billige, leichte und platzsparende Flilssigkeitsreibungskupplung zu schaffen, wobei die Varbinding zwischen einem Signalgeber und der Kupplung in möglichst einfacher Weise auf elektrischem V/ege erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

a) das temperaturabhängige Arbeitselement ein an sich bekanntes Dehnstoffelement ist, bei dem in einem Gehäuse ein sich bei Erwärmung ausdehnender Stoff eingeschlossen ist, der einen Arbeitskol- is ben verschiebt, der mit dem Ventilhebel verbunden ist,

b) zur bedarfsweisen, in Abhängigkeit von der geforderten Kühlleistung zeitweilig aktivierbaren

,,; Beheizung dieses ArbeitseJementes ein PTC- % Widerstand dient, der innerhalb einrs gemeinsa- ' ¹ men Gehäuses des Dehnstoffelementes angeordnet ist,

; c) die Stromversorgung des PTC-Widerstandes durch einen Thermoschalter gesteuert wird.

Die hierbei vorgesehenen Dehnstoffelemente sind klein, leicht, platzsparend und zudem billig, da sie in !großen Stückzahlen auch anderweitig einsetzbar sind. |Die zur Beheizung dienenden PTC-Widerstände leiten "im Kaltzustand einen entsprechenden Strom und ,erwärmen sich dabei außerordentlich schnell. Mit (steigender Eigentemperatur steigt der Innenwiderstand, so daß schließlich bei einem bestimmten, jeweils gegebenen Temperaturwert, der Innenwiderstand so hoch wird, daß keine Leitung mehr stattfindet Der PTC-Widerstand kann sich somit nicht mehr weiter erwärmen. Bei Absinken der Temperatur nimmt der Widerstand wiederum ab, so daß eine Stromleitung wieder stattfinden kann. Durch diese thermostatischen ■Eigenschaften lassen sich PTC-Widerstände sehr gut für «> temperaturabhängige Regelvorgänge anwenden, da durch diese Eigenschaften die durch Wärmeleitung bzw. Abstrahlung entstehenden Verluste nahezu trägheitslos und außerordentlich genau dosiert ersetzt werden.

Während bei der Beheizung durch herkömmliche ⁴$ temperaturunabhängige Heizwiderstände infolge einer unkontrollierbaren Erwärmung sehr große Überhübe des Kolbens des Dehnstoffelementes auftreten können, was die Reaktionszeit der Kupplung beim Abschalten des Stromes in unzulässigem Maße erhöht, kann wegen ⁵" der Charakteristik des erfindungsgemäß angewendeten PTC-Widerstandes der Überhub auf ein Minimum reduziert bzw. praktisch vermieden werden

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dehnstoffelement mit PTC-Widerstand im Zentrum der Kuppiungsfrontseite gegenüber der Kupplung drehbar gelagert. Dadurch ist bei Abstützung des Dehnstoffelementes gegen die Umgebung (z. B. Lüfterzarge) eine schleifringlose Stromzuführung möglich.

Zur Übertragung der Axialkraft ist zweckmäßig zwischen dem Kolben des Dehnstoffelementes und dem Ventilhebel ein Drucklager angeordnet, das als Wälzoder Gleitlager ausgebildet sein kann. Dadurch wird die Relativdrehung zwischen dem Kolben des feststehenden Dehnstoffelementes und dem Ventilhebel der Kupplung erleichtert.

Zur Vermeidung einer zu hohen Druckbelastung des Kolbens und Ventilhebels bei etwa auftretender Überwärmung des Dehnstoffes besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Ventilhebel zumindest im Bereich der Achse des Kolbens des Dehnstoffelementes aus einem elastischen Material, z. B. Federstahl.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit Kühlvorrichtung und Lüfter und

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung.

In F i g. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 20 mit einem Kühlmittelkreislauf dargestellt, bei der eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung Anwendung findet. Die Brennkraftmaschine 20 ist mit einem Kühler 21 über Kühlmittelleitungen 24 und 25 in an sich beliebiger Weise verbunden. Hinter dem Kühler und vor der Brennkraftmaschine ist ein mit der Flüssigkeitsreibungskupplung verbundener Lüfter 22 dargestellt, der in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 20 angetrieben wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Kühlmittelrücklaufleitung 24 ein als elektrischer Schalter ausgebildeter Thermofühler 23 angeordnet, der ein elektrisches Signal zur Steuerung der Flüssigkeitsreibungskupplung abgibt. In F i g. 1 ist auch schematisch ein zur Steuerung der Flüssigkeitsreibungskupplung dienendes elektrisch beheiztes Dehnstoffelement 8 dargestellt, das beispielsweise über eine Heizstromleitung 19 mit dem Thermofühler 23 verbunden ist.

In Fig.2 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab im Schnitt gezeigt.

Die Flüssigkeitsreibungskupplung besteht aus einer Kupplungsfrontseite 1 an der in beliebiger Weise Lüfterflügel 17 befestigt oder mit der Kupplungsfrontseite 1 einstückig ausgebildet sind. Eine Trennwand 2 trennt das Innere der mit einer Rückwand 16 versehenen Kupplung in eine Vorratskammer 2a und eine Antnebskammer 15 auf. In der Antriebskammer 15 ist in bekannter Weise eine Antriebsscheibe 26 angeordnet. Die Trennwand 2 weist eine Ölzulaufbohrung 3 zur Antriebskainmer 15 auf, die durch ein Ventil, beispielsweise einem Ventilhebel 4, geöffnet und verschlossen wird. Zur Betätigung des Ventilhebels 4, der in einer Lagerung 5 verschwenkbar gelagert ist, dient ein Dehnstoffelement 8, welches über einen Kolben 10 mit einem Bund 11 gegen die Wirkung einer Druckfeder 13 über eine Anlaufbuchse 12 auf eine Anlaufscheibe 14 im Ventilhebel 4 drückt und dadurch letzteren bewegt. Der Ventilhebel 4 ist gegenüber der Trennwand 2 mittels einer Druckfeder 6 abgestützt. In der Kupplungsfrontseite 1 ist ein Lager 9 vorgesehen, in dem das Dehnstoffelement 8 gehalten ist. Das Dehnstoffelement 8 enthält in bekannter Weise in einem Hohlraum eines Gehäuses 30 einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Stoff 29, beispielsweise ein Wachs, der über eine Membran 28 auf den Kolben 10 wirkt. Bei Erwärmung dehnt sich dieser Stoff bei Erreichen eines bestimmten Temperaturzustandes durch Übergang vom festen in den flüssigen Zustand stark aus und übt auf den Kolben 10 eine relativ große Druckkraft aus. Bei entsprechender Erwärmung des Dehnstoffelementes 8 wird der Kolben 10 (in der Zeichnung) nach rechts verschoben, so daß der Ventilhebel 4 die öleinlaßöffnung schließt und die Kupplung abschaltet. Zur Erzielung des gewünschten Temperaturzustandes ist innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 31 des Dehn-

Stoffelementes 8 ein PTC-Widerstand 18 angeordnet, der mit der Heizstromleitung 19 verbunden ist. Die Beheizung des PTC-Widerstandes 18 erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Temperatur eines bestimmten Teiles der Brennkraftmaschine oder eines Zusatzaggregates, beispielsweise der Temperatur der Ladeluft, des Kühlwassers (in F i g. 1 dargestellt), des Schmiermittels, Zylinderwand od. dgl Dazu ist es lediglich erforderlich, den Thermofühler 23 in Wärmekontakt mit dem jeweiligen Maschinenteil oder Fluid (Lade-Luft, Kühlwasser, Schmiermittel) zu bringen.

Um eine Überhitzung des zu kühlenden Fluids oder Bauteils bei Störungen der Stromversorgung zu vermeiden, wird die elektrische Schaltung, die vom entsprechenden Thermofühler gesteuert ist und den PTC-Widerstand hetzt, so ausgelegt, daß bei Stromausfall die Lüfterkupplung zuschaltet. Am PTC-Widerstand 18 muß somit Spannung anliegen, wenn die Kupplung abgeschaltet ist und umgekehrt.

Aus der Praxis ist es bekannt, daß eine Lüfterkupplung nur etwa während 5% der gesamten Betriebszeit eines Fahrzeuges eingeschaltet ist Dies bedeutet, daß ;die Stromzufuhr zum Dehnstoffelement 8 während ca. 95% der Fahrzeit erfolgen muß. Diesem Umstand kommt die Charakteristik des erfindungsgemäß mit einem PTC-Widerstand i8 beheizten Dehnstoffelementes 8 sehr entgegen, da hierbei nur ein geringer Strom fließt, der die Abkühlverluste gerade kompensiert.

Sobald der PTC-Widerstand bei geringem bzw. unterbochenem Stromfluß sich abkühlt, wird der Kolben 10 durch die Druckfeder 13 wieder (in der Zeichnung nach links) in das Gehäuse des Dehnstoffelementes 8 eingeschoben und die ölzulaufbohrung 3 mehr oder weniger freigegeben, dadurch, daß der Ventilhebel 4 sich unter der Wirkung der Feder 6 (in der Zeichnung nach links) von der Trennwand 2 wegbewegt.

Bei dem dargestellten Ausführüngsbeispiel ist das Dehnstoffelement 8 mit PTC-Widerstand 18 im Zentrum bzw. in der Achse 7 der Kupplungsfrontseite 1 gegenüber der Kupplung drehbar gelagert. Das durch die Anlaufbuchse 12, die Druckfeder 13 und die Anlaufscheibe 14 gebildete Drucklager dient, wie erläutert, zur Übertragung der Axialkraft zwischen Kolben 10 des Dehnstoffelementes 8 und Ventilhebel 4.

Zur Vermeidung einer zu hohen Druckbelastung des Kolbens 10 und des Ventilhebels 4 bei Auftreten einer Überwärmung des Dehnstoffes 29 im Dehnstoffelement 8 ist der Ventilhebel 4 zumindest im Bereich der Kolbenachse 7 aus einem elastischen Material (z. B. Federstahl) hergestellt. Es ist aber auch möglich, den Ventilhebel 4 im Bereich der Kupplungsachse mit einer entsprechenden Bohrung zu versehen, in welcher sich das Kolbenende frei bewegen kann, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.

Bei der Erfindung kann die Ausbildung der Flüssigkeitsreibungskupplung abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählt sein. Wesentlich ist, daß die Betätigung des Ventils für die Ölzulaufbohrung in einer Trennwand zwischen einer Vorrats- und Antriebskammer durch ein mittels einem PTC-Widerstand beheiztes temperaturabhängiges Arbeitselement erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsreibungskupplung, insbesondere für ein Kühlgebläse einer Brennkraftmaschine, mil Füllungsregelung mit einem gegenüber einer Antriebswelle drehbaren Kupplungsgehäuse, das durch eine Trennwand in eine Vorrats- und eine Antriebskammer mit einer darin befindlichen Antriebsscheibe unterteilt ist, wobei sich in der Trennwand eine von einem Ventil verschließbare öffnung befindet, welche die Vorrats- und Antriebskamnier miteinander verbindet, mit einem am Kupplungsgehäuse angebrachten temperaturabhängigen Arbeitselement zur Betätigung des Ventilhebels, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das temperaturabhängige Arbeitselement ein an sich bekanntes Dehnstoffelement (8) ist, bei dem in einem Gehäuse (30) ein sich bei Erwärmung ausdehnender Stoff (29) eingeschlossen ist, der einen Arbeitskolben (10) ve» schiebt, der mit dem Ventilhebel (4) verbunden ist,

b) zur bedarfsweisen, in Abhängigkeit von der geforderten Kühlleistung zeitweilig aktivierbaren Beheizung dieses Arbeitseiementes ein PTC-Widerstand (18) dient, der innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (31) des Dehnstoffelementes (8) angeordnet ist,

c) die Stromversorgung des PTC-Widerstandes (18) durch einen Thermoschalter (23) gesteuert wird.