DE4011528A1 - Viskosekupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viskosekupplung zur trieblichen Verbindung zweier einander zugeordneter Bauteile, beispielsweise einer angetriebenen Welle mit einem Kühlventilator eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem an einen hydraulischen Kreislauf angeschlossenen Gehäuse, einem in diesem angeordneten Laufrad und einem in den hydraulischen Kreislauf eingesetztes Steuerglied, mittels dem der Füllungsgrad des Innenraumes des Gehäuses und in Abhängigkeit davon die Mitnahme des anzutreibenden Bauteils steuerbar ist.

Derartige Kupplungen sind in unterschiedlichen Ausge­ staltungen bekannt und werden vielfach in Nutzfahrzeugen zur Unterstützung des Kühlmittelkreislaufes eingesetzt. Als Steuerglied ist hierbei ein in den Hydraulikkreislauf der Viskositätskupplung durch einen unter Wärmeeinwirkung verformbaren Bi-Metallstreifen betätigbares Absperrventil vorgesehen, mittels dem der Füllungsgrad der Kupplung in Abhängigkeit von der Wärmebelastung des Motors veränderbar ist. Bei Bergfahrten z. B. wird demnach, sobald die Kühl­ wassertemperatur oder die Temperatur des Motorgehäuses über einen Grenzewert ansteigt, das Ventil geöffnet, so daß Hydraulikmedium in den Innenraum des Kupplungs­ gehäuses gelangen kann und die Drehzahl des an die Kupp­ lung angeschlossenen Ventilators dadurch erhöht wird. Die Kupplung wird somit in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen selbsttätig gesteuert, eine beliebige Ansteuerung der Kupplung ist, wie beispielsweise eine Drehzahlregelung des mit dieser verbundenen Ventilators, jedoch nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Viskosekupplung der vorgenannten Art zu schaffen, deren Abtriebsdrehzahl auf sehr einfache Weise, und zwar unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen, geregelt und deren Ab­ triebsdrehzahl auch nahezu konstant gehalten werden kann. Es soll somit im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten jede beliebige Orehzahl stufenlos eingestellt werden können. Der dazu erforderliche Bauaufwand soll gering gehalten werden, dennoch soll eine äußerst zuverlässige Funktionsweise und ein störungsfreier Betrieb gewähr­ leistet sein.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Steuerglied des hydraulischen Kreislaufs ein oder mehrere, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegend angeordnete elektromagnetisch betätigbare Absperrventile vorgesehen sind, die elektromagnetisch entgegen der Kraft einer Ventilfeder gesteuert entsperrbar sind.

Sehr vorteilhaft ist es hierbei, die Ventilfeder als ein in den hydraulischen Kreislauf der Viskosekupplung integrierten und in eine in eine Seitenwand des Gehäuses eingearbeiteten umlaufenden Ausnehmung eingesetzten Anker auszubilden, der zwei- oder mehrfach gleichmäßig über den Umfang verteilt fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

Ferner sollte, um eine kompakte Bauweise zu erreichen, das vorzugsweise aus zwei Gehäuseteilen zusammengesetzte Gehäuse der Viskosekupplung aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehen, an einemdes die Ausnehmung aufweisen­ den Gehäuseteils sollte ein Flansch oder eine Scheibe aus einem magnetischen Werkstoff befestigt sein, und zur Bildung eines elektromagnetischen Luftspaltes zwischen dem in der Ausnehmung in Ruhelage gegenüber deren Vorder­ kante zurückgesetzt angeordneten Anker und dem Flansch sollte die Ausnehmung in den beiden äußeren Bereichen durch den Flansch überdeckt sein.

Des weiteren ist es vorteilhaft, den auf den Anker einwirkenden Elektromagneten durch eine ringformige elektrisch erregbare Magnetspule zu bilden, die in einem seitlich neben dem Flansch, vorzugsweise in eine in diesen eingearbeitete Freisparung eingreifend, stationär ange­ ordneten Spulenträger eingesetzt ist.

Angebracht ist es auch, an dem Anker im Bereich von in das diesem zugeordnete Gehäuseteil eingearbeiteten an die umlaufende Ausnehmung angeschlossenen Durchgangs­ öffnungen, mittels denen ein Sammelraum des hydraulischen Kreislaufs mit dem Innenraum des Gehäuses verbindbar ist, jeweils einen Ventilkörper zu befestigen, der einen die Durchgangsöffnung des Gehäuseteils übergreifenden und an diesem durch den Anker anpressbaren Dichtsteg aufweisen sollte und mittels eines zentrisch angeformten Bundes mit dem Anker vernietet sein kann, wobei dem Ventilkörper eine in dessen angeformten Bund geführte und an dem Flansch abgestützte Druckfeder zugeordnet sein kann.

Ferner können in den Anker zwischen dessen Befestigungen an dem Gehäuseteil und den Ventilkörpern jeweils eine oder mehrere vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Durchbrechungen, z. B. in Form von Bohrungen, eingearbeitet werden, und der Anker kann über ein Distanzstück mit Abstand zu der parallel zu diesem verlaufenden Wand der Ausnehmung an dem Gehäuse­ teil angeschraubt sein.

Der Sammelraum des hydraulischen Kreislaufs ist zweck­ mäßigerweise seitlich neben der umlaufenden Ausnehmung des Gehäuseteils in den an diesem anliegenden Flansch einzuarbeiten und über einen oder mehrere vorzugsweise in dessen radial innerem Bereich angeordnete Kanäle mit dem Innenraum des Gehäuses zu verbinden.

Wird eine Viskosekupplung gemäß der Erfindung ausge­ bildet, in dem als in den hydraulischen Kreislauf einge­ setztes Steuerglied ein oder mehrere elektromagnetisch betätigbare Absperrventile vorgesehen werden, die ent­ gegen der Kraft einer Ventilfeder entsperrbar sind, so ist es ohne Schwierigkeiten jederzeit möglich, die Abtriebsdrehzahl der Kupplung zu steuern, und zwar unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen. Der Elektromagnet, mittels dem die Absperrventile betätigt werden, kann nämlich zu jeder Zeit erregt werden, so daß dem Innenraum der Viskosekupplung gezielt Hydraulik­ medium zuzuführen ist und die Abtriebsdrehzahl der Kupplung stufenlos verändert und exakt eingestellt werden kann. Und da der Elektromagnet ortsfest angeordnet ist, ist nicht nur die Stromzuführung auf einfache Art ohne Schleifkontakte vorzunehmen, sondern es können auch hohe Magnetkräfte aufgebracht werden.

Des weiteren ist von Vorteil, daß an dem Steuerglied nahezu kein Verschleiß auftritt und daß die Steuervor­ gänge ohne Zeitverzögerung und beliebig oft vorgenommen werden können. Die vorschlagsgemäß ausgebildete Viskose­ kupplung ist daher nicht nur als Kupplungsglied zum Antrieb eines Kühlventilators in Kraftfahrzeugen, da mittels dieser die Orehzahl des anzutreibenden Bauteils problemlos konstant zu halten oder in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Programm zu verändern ist, ver­ wendbar, sondern in sehr vielseitiger Weise einsetzbar.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Viskosekupplung dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Fig. 1 die mit einem elektromagnetisch betätigbaren Absperrventil als Steuerglied versehene Viskosekupplung in einem Axialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, in einer vergrößerten Darstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Viskose­ kupplung dient zur trieblichen Verbindung zwischen einer angetriebenen Welle 2 und einem Ventilator 4, der fest mit dem Abtriebsglied der Viskosekupplung 1 verbunden und beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, um einen Kühlluftstrom zu erzeugen. Zum Antrieb der Welle 2 ist diese mit einem nicht gezeigten Motor in Triebverbindung stehenden Antriebsritzel 3 ausgestattet und drehbar mittels eines Lagers 9 in einem Gehäuse 8 gelagert. Mit Hilfe einer Schraube 6 sowie einer Scheibe 7 ist die Viskosekupplung 1 auf der Welle 2 arretiert.

Die Viskosekupplung 1 besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 11 und einem in dessen Innenraum 20 angeordneten Laufrad 21, das mit Schaufeln 22 bestückt und über eine Nabe 24 fest mit der Welle 2 verbunden ist. Die beiden Gehäuseteile 12 und 13, die den Innenraum 20 der Viskose­ kupplung 1 einschließen, sind dagegen mittels Lager 5 und 19 drehbar auf der Welle 2 gelagert. Das Gehäuseteil 12 ist dazu mit einem Ansatz 16 ausgestattet, der das Lager 5 übergreift. Des weiteren ist an dem Gehäuseteil 12 ein Ansatz 15 zur Befestigung des Ventilators 4 vor­ gesehen.

An dem Gehäuseteil 13 des Gehäuses 11 der Viskosekupplung 1 ist ein Flansch 17 angebracht, der mittels der die Gehäuseteile 12 und 13 verspannender Schrauben 18 sowie mittels Schrauben 18′ an dem Gehäuseteil 13 befestigt ist. Und in den Flansch 17 sind zur Bildung eines hydrau­ lischen Kreislaufes H, der der Viskosekupplung 1 zugeord­ net ist, ein Sammelraum 26 sowie eine radial gerichtete Bohrung 29 eingearbeitet, die über in dem Gehäuseteil 13 vorgesehene Durchgangsöffnungen 27 sowie eine Querbohrung 28 mit dem Innenraum 20 der Viskosekupplung 1 in Ver­ bindung stehen. Durch einen Stift 30 ist die radial gerichtete Bohrung 29 verschlossen.

Der Innenraum 20 der Viskosekupplung 1 ist durch eine zwischen den beiden Gehäuseteilen 12 und 13 eingespannte Dichtung 14 sowie zwei seitlich neben dem Laufrad 21 angeordneten Dichtungen 25 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Außerdem sind in das Gehäuseteil 13 weitere Dichtungen 47 und 48 eingesetzt, um den Übergang der Querbohrung 28 in den Flansch 17 sowie den Sammelraum 26 abzudichten.

Als Steuerglied ist dem hydraulischen Kreislauf H der Viskosekupplung 11 ein Absperrventil 31 zugeordnet, das elektromagnetisch betätigbar ist. Dazu ist ein an dem Gehäuse 8 mittels Schrauben 34 fest verbundener Spulen­ träger 32 vorgesehen, der in eine in den Flansch 17 einge­ arbeitete Freisparung 35 eingreift und in den eine elektro­ magnetisch erregbare Magnetspule 33 eingesetzt ist. Des weiteren ist in einer in das Gehäuseteil 13 eingearbeite­ ten umlaufenden Ausnehmung 39 eine Ventilfeder 36 einge­ setzt, die als Anker 37 ausgebildet ist. Mittels zweier um 180° versetzt zueinander angeordneter Schrauben 44 ist, wie dies insbesondere den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, die Ventilfeder 36 jeweils über ein Distanzstück 45 fest mit dem Gehäuseteil 13 verbunden.

An dem Anker 37 sind außerdem zwei, den Durchgangsöff­ nungen 27 zugeordnete Ventilkörper 40 befestigt, die einen die Durchgangsöffnung 27 jeweils umgreifenden Oicht­ steg 41 sowie einen Bund 42 aufweisen, mittels dem diese mit dem Anker 37 vernietet sind. Und durch den Bund 42 ist eine Druckfeder 43 geführt, die sich an dem Flansch 17 abstützt und durch die eine sichere Anlage der Ventil­ körper 40 an der Wand der Ausnehmung 39 gewährleistet ist.

Soll der Ventilator 4 über die Viskosekupplung 1 von der Welle 2 angetrieben werden, so ist deren Innenraum 20 mit Hydraulikmedium zu befüllen. Dazu ist das Absperrventil 31 zu öffnen, so daß das Hydraulikmedium aus dem Sammel­ raum 26 über die Durchgangsöffnungen 27 in den Innenraum 20 der Viskosekupplung 1 gelangen kann. Dies wird in der Weise bewerkstelligt, daß die Magnetspule 33 erregt wird. Durch das von dieser erzeugte elektromagnetische Feld, das sich in dem aus einem magnetisch leitenden Werkstoff bestehenden Flansch 17 ausbildet - der Gehäuse­ teil 13 ist dagegen aus einem unmagnetischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt - wird der zwischen dem Flansch 17 und dem Anker 37 vorgesehene Luftspalt durchflossen, so daß der Anker 37 nach rechts gezogen wird und sich an dem Flansch 17 anlegt. Dadurch werden auch die beiden Ventilkörper 40 von dem Gehäuseteil 13 abgehoben, das Hydraulikmedium, das seitlich an dem Anker 37 vorbei und durch in diesen eingearbeitete Durch­ brechungen 38 strömen kann, kann somit über die Durchgangs­ öffnungen 27 in den Innenraum 20 der Viskosekupplung 1 gelangen. Je nach der Einschaltdauer der Magnetspule 33 kann der Füllungsgrad der Viskosekupplung 1 eingestellt werden.

Durch das mit der Welle 2 verbundene und somit ständig angetriebene Laufrad 21 wird das Hydraulikmedium in dem Innenraum 20 der Viskosekupplung 1 gegen die Innenwände der Gehäuseteile 12 und 13 gefördert, so daß diese mitge­ nommen werden und der Ventilator 4 dadurch angetrieben wird.

Das Laufrad 21 ist jedoch auch mit einem Pumpkörper 23 ausgestattet, mittels dem Hydraulikmedium in die Querbohrung 28 und über die radial gerichtete Bohrung 29 zurück in den Sammelraum 26 gepumpt wird. Um in diesem einen Luft­ stau zu vermeiden, ist der Sammelraum 26 in seinem radial inneren Bereich über einen Kanal 46 zusätzlich mit dem Innenraum 20 des Kupplungsgehäuses 11 verbunden. Bei gechlossenen Absperrventilen 31 sammelt sich das Hydraulikmedium wiederum in dem Sammelraum 26, bei geöff­ neten Absperrventilen 31 fließt es dagegen in den Innenraum 20 zurück, so daß mit Hilfe der elektromagnetisch betätig­ baren Absperrventile 31 die Abtriebsdrehzahl der Gehäuse­ teile 12 und 13 und somit die Drehzahl des Ventilators 4 nicht nur stufenlos verändert, sondern auch konstant gehalten werden kann.

Da der als Ringfeder 36 ausgebildete Anker 37, der mittels der beiden Schrauben 44 mit dem Gehäuseteil 13 fest ver­ bunden ist, durch die auf diese einwirkenden elektromag­ netischen Kräfte bei einer Anlage an dem Flansch 17 wellen­ förmig gebogen und somit in einem erheblichen Maße vorge­ spannt wird, ist sichergestellt, daß bei Aufhebung der Erregung der Magnetspule 33 die Absperrventile 31 durch Anlage der Ventilkörper 40 an dem Gehäuseteil 13 sofort geschlossen werden. Eine exakte Regelung des Füllungs­ grades der Viskosekupplung 1 ist somit ohne Schwierig­ keiten zu bewerkstelligen.

Claims (12)

1. Viskosekupplung zur trieblichen Verbindung zweier einander zugeordneter Bauteile, beispielsweise einer angetriebenen Welle mit einem Kühlventilator eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem an einen hydrau­ lischen Kreislauf angeschlossenen Gehäuse, einem in diesem angeordneten Laufrad und einem in den hydrauli­ schen Kreislauf eingesetztes Steuerglied, mittels dem der Füllungsgrad des Innenraumes des Gehäuses und in Abhängigkeit davon die Mitnahme des anzutrei­ benden Bauteils steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied des hydraulischen Kreislaufes (H) ein oder mehrere, vorzugsweise zwei einander gegen­ überliegend angeordnete, elektromagnetisch betätigbare Absperrventile (31) vorgesehen sind, die elektromagne­ tisch entgegen der Kraft einer Ventilfeder (36) ge­ steuert entsperrbar sind.

2. Viskosekupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (36) als ein in den hydraulischen Kreislauf (H) der Viskosekupplung (1) integrierter und in eine in eine Seitenwand (Gehäuseteil 13) des Gehäuses (11) eingearbeitete umlaufende Ausnehmung (39) eingesetzter Anker (37) ausgebildet ist, der zwei- oder mehrfach gleichmäßig über den Umfang verteilt fest mit dem Gehäuse (Gehäuseteil 13) verbunden ist.

3. Viskosekupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das vorzugsweise aus zwei Gehäuseteilen (12, 13) zusammengesetzte Gehäuse (11) der Viskosekupplung (1) aus einem unmagnetischen Werkstoff besteht,
daß an einem des die Ausnehmung (39) aufweisenden Gehäuseteils (13) ein Flansch (17) oder eine Scheibe aus einem magnetischen Werkstoff befestigt ist, und
daß zur Bildung eines elektromagnetischen Luftspaltes zwischen dem in der Ausnehmung (39) in Ruhelage gegen­ über deren Vorderkante zurückgesetzt angeordneten Anker (37) und dem Flansch (17) diese in den beiden äußeren Bereichen durch den Flansch (17) überdeckt ist.

4. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Anker (37) einwirkende Elektromagnet durch eine ringförmioge elektrisch erregbare Magnet­ spule (33) gebildet ist, die in einem seitlich neben dem Flansch (17), vorzugsweise in eine in diesen ein­ gearbeitete Freisparung (35) eingreifend, stationär angeordneten Spulenträger (32) eingesetzt ist.

5. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker (37) im Bereich von in das diesem zugeordneten Gehäuseteils (13) eingearbeiteten an die umlaufende Ausnehmung (39) angeschlossenen Durch­ gangsöffnungen (27), mittels denen ein Sammelraum (26) mit dem Innenraum (20) des Gehäuses (11) verbindbar ist, jeweils ein Ventilkörper (40) befestigt ist.

6. Viskosekupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (40) einen die Durchgangsöff­ nung (27) des Gehäuseteils (13) übergreifenden und an diesem durch den Anker (37) anpreßbaren Dichtsteg (41) aufweist.

7. Viskosekupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (40) mittels eines zentrisch angeformten Bundes (42) mit dem Anker (37) vernietet ist.

8. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventilkörper (40) eine in dessen angeformten Bund (42) geführte und an dem Flansch (17) abgestützte Druckfeder (43) zugeordnet ist.

9. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch g ekennzeichnet, daß in den Anker (37) zwischen dessen Befestigungen (Schrauben 44) an dem Gehäuseteil (13) und den Ventil­ körpern (40) jeweils eine oder mehrere vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Ourch­ brechungen (38), z. B. in Form von Bohrungen, einge­ arbeitet sind.

10. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (37) über ein Distanzstück (45) mit Abstand zu der parallel zu diesem verlaufenden Wand der Ausnehmung (39) an dem Gehäuseteil (13) angeschraubt ist.

11. Viskosekupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (26) des hydraulischen Kreis­ laufs seitlich neben der umlaufenden Ausnehmung (39) des Gehäuseteils (13) in den an diesem anliegenden Flansch (17) eingearbeitet ist.

12. Viskosekupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (26) des hydraulischen Kreislaufs über eine oder mehrere vorzugsweise in dessen radial inneren Bereich angeordnete Kanäle (47) mit dem Innenraum (20) des Gehäuses (21) verbunden ist.