DE3439794C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Visko-Lüfterkupplung, ins­ besondere zum Antrieb von Lüfterflügeln von flüssigkeitsgekühl­ ten Brennkraftmaschinen, bestehend u. a. aus einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Läufer, einem Gehäuse, welches gegenüber dem Läufer drehbar gelagert ist, diesen umgibt und einen Arbeitsraum bildet, einem Vorratsraum für Scherflüssig­ keit, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand abgetrennt ist, einer Pumpeinrichtung mit einer Öffnung in der Trennwand nahe dem Außendurchmesser des Läufers zum Überführen von Scherflüs­ sigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum bei Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse sowie einer temperaturabhängig steuerbaren Öffnung in der Trennwand auf einem kleineren Durch­ messer als die Pumpöffnung zum Übertritt von Scherflüssigkeit vom Vorratsraum in den Arbeitsraum.

Eine Visko-Lüfterkupplung der obengenannten Bauart ist bei­ spielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 9 959 bekannt. Bei dieser ist zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens ein Kanal vorgesehen, in welchem die aus dem Arbeitsraum abgepumpte Scherflüssigkeit über ein Rohrstück bis nahe an die Drehachse in den Vorratsraum hineinreicht. Durch diese Maßnahme wird ver­ hindert, daß bei stehender Visko-Lüfterkupplung Scherflüssig­ keit durch die Schwerkraft über die Pumpöffnung in den Arbeits­ raum zurücklaufen kann. Diese zurückgelaufene Scherflüssigkeit verschlechtert das Kaltstartverhalten insbesondere dann, wenn der Kaltstart bei sehr niedrigen Temperaturen stattfindet.

Trotz der ausgekühlten Brennkraftmaschine überträgt in einem solchen Fall die Lüfterkupplung praktisch ohne Schlupf die Drehbewegung auf die Lüfterflügel, was einer schnellen Erwär­ mung der Brennkraftmaschine zuwiderläuft. Der Abpumpvorgang der Scherflüssigkeit erfolgt nur sehr zögernd aus den Arbeitsräu­ men, da hier ja eine sehr geringe Relativdrehzahl vorhanden ist. Weiterhin erzeugt die Lüfterkupplung bei einem solchen Be­ trieb erhöhte Lüftergeräusche. Der in der europäischen Patent­ anmeldung vorgeschlagene Weg, den Kaltstart zu verbessern, bringt jedoch nur einen Teilerfolg, da für das Funktionieren Voraussetzung ist, daß die Lüfterkupplung beim Abstellen der Brennkraftmaschine ausgeschaltet war und somit die Scherflüs­ sigkeit im wesentlichen sich im Vorratsraum befand. Wird die Brennkraftmaschine jedoch im heißen Zustand des Kühlsystems ab­ gestellt, wenn also die Lüfterkupplung zugeschaltet war und die Scherflüssigkeit sich in Umlauf und somit im Arbeitsräum be­ fand, so mußte der darauffolgende Kaltstart ebenfalls mit hohen Drehzahlen und ungünstigen Verhältnissen beginnen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 32 46 783 ist zwar auch ein konzentrisch zur Drehachse angeordneter Raum in einer Vis­ ko-Lüfterkupplung bekannt, der sich bei Stillstand zumindest teilweise mit Scherflüssigkeit füllen kann. Bei Inbetriebnahme wird die in diesem Raum zusammengeflossene Scherflüssigkeit ohne weitere Behinderung direkt in den hinteren Teil des Ar­ beitsraumes eingeleitet und bewirkt somit die bereits geschil­ derten negativen Auswirkungen bei einem Kaltstart. Die gleichen Verhältnisse liegen bei der Visko-Lüfterkupplung gemäß dem eng­ lischen Patent 11 12 557 vor. Auch hier kann ein Teil der Scherflüssigkeit, der sich in dem Raum zwischen Gehäuse und Läufer angesammelt hat, beim Starten direkt und ungebremst in den Arbeitsraum einfließen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung des Standes der Technik dahingehend zu erzielen, daß mit mög­ lichst einfachen Mitteln prinzipiell jeder Kaltstartvorgang un­ ter günstigen Bedingungen abläuft. Diese Aufgabe wird erfin­ dungsgemäß durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch das Vorsehen eines gesonderten, vom Arbeitsraum und Vor­ ratsraum abgetrennten Auffangraumes für Scherflüssigkeit, der eine bei nicht rotierender Lüfterkupplung ein selbsttätiges Füllen des Auffangraumes ermöglichende Zulauföffnung und eine eine Drosselwirkung besitzende Ablauföffnung aufweist, ist sichergestellt, daß bei jedem Kaltstart mit Sicherheit der Flüssigkeitsstand im Arbeitsraum soweit abgesenkt ist, daß be­ reits von Anfang an ein erheblicher Schlupf zwischen Antrieb und Abtrieb auftritt, der einerseits die Lüfterdrehzahl be­ grenzt und der andererseits dafür sorgt, daß die Pumpeinrich­ tung sofort wirksam wird, um den Rest der Scherflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum abzupumpen.

Der Auffangraum wird vorzugsweise konzentrisch zur Drehachse als Ringraum ausgeführt mit einem ringförmigen Spalt als Zu­ lauf im Bereich seines kleinen Durchmessers und mit wenigstens einer kleinen Ablauföffnung im Bereich seines großen Durchmes­ sers. Der Ringraum ist dabei vorzugsweise im Gehäuse angeordnet auf der der Trennwand abgewandten Seite des Läufers. Prin­ zipiell wäre es jedoch auch möglich, den Auffangraum in einem hohlen oder beispielsweise doppelwandigen Läufer unterzubrin­ gen.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Lüfterkupplung im Ruhestand;

Fig. 2 den Längsschnitt durch die gleiche Lüfterkupplung unmittelbar nach dem Kaltstart.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine Lüfterkupplung im Ruhezustand. Auf der von der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebswelle 14 ist ein Läufer 17 fest angeordnet. Auf der Antriebswelle 14 ist ein Walzlager 13 angeordnet, welches das Gehäuse 15 trägt. Das Gehäuse 15 ist unter Zwischenschaltung einer Trennwand 6 mit einem Deckel 4 dicht verbunden. Zwischen der Trennwand 6 und dem Gehäuse 15 einerseits und dem Läufer 17 andererseits sind die Scherspalte 8 zur Drehmomentübertragung mittels der Scherflüssigkeit angeordnet. Die Scherspalte 8 bilden zusammen mit dem Gehäuse 15, der Trennwand 6 und dem Läufer 17 den Arbeitsraum 9. Der Deckel 4 und die Trennwand 6 bilden den Vorratsraum 7. Auf dem Deckel 4 ist außen ein Halter 18 angeordnet, der ein Bimetall 1 trägt. Dieses Bimetall 1 überträgt seine bei Temperaturänderung sich ändernde Spannung über den Stift 10 auf eine Ventilplatte 2, die an der Trennwand 6 befestigt ist. Die Ventilplatte 2 hat durch Eigenspannung das Bestreben, eine Ventilöffnung 5 in der Trennwand 6 offen zu halten. In der Trennwand 6 befindet sich im Bereich des Außenumfangs des Läufers 17 eine Pumpöffnung 11, welche den Arbeitsraum 9 mit dem Vorratsraum 7 verbindet. Im Gehäuse 15 befindet sich im Bereich dieser Pumpöffnung 11 eine Pumpeinrichtung 16, welche bei Relativdrehzahl zwischen dem Läufer 17 und dem Gehäuse 15 Scherflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 9 in den Vorratsraum 7 pumpt. Weiterhin ist im Gehäuse 15 ein Ringraum 3 angeordnet, dessen Außendurchmesser D etwa mit dem Bereich zusammenfällt, in welchem die Scherspalte 8 noch wirksam sind. Der kleine Durchmesser d reicht dabei über einen größeren Winkelbereich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Scherflüssigkeit im Ruhezustand. Der Ringraum 3 ist in Richtung auf den Läufer 17 zu mit einer Ringwand 19 teiweise verschlossen, und zwar derart, daß im Bereich des kleinen Durchmessers d des Ringraumes 3 eine Zulauföffnung 21 in Form eines Ringspaltes frei bleibt. Im Bereich des großen Durchmessers D weist die Ringwand 19 wenigstens eine Ablauföffnung 20 mit kleinem Durchmesser auf.

Im Ruhezustand der Lüfterkupplung ist die Ventilöffnung 5 normalerweise verschlossen. Die Scherflüssigkeit sammelt sich in der unteren Hälfte von Vorratsraum 7 und Arbeitsraum 9. Dabei kann zwischen beiden Räumen und Austausch von Scherflüssigkeit stattfinden durch die Pumpöffnung 11. War die Scherflüssigkeit vor dem Abstellen noch kalt, so wird dieser Ausgleich im Flüssigkeitsstand länger dauern. Selbst bei völlig leergepumptem Arbeitsraum 9 ist es also der Scherflüssigkeit möglich, mit der Zeit in den Arbeitsraum 9 einzudringen. Damit ist es ihr auch möglich, über die Zulauföffnung 21 in den Ringraum 3 zu gelangen. Dieser füllt sich nunmehr ebenfalls in seinem unteren Bereich mit Scherflüssigkeit. Bei einem darauffolgenden Kaltstart stellen sich unmittelbar nach Beginn des Antriebs der Antriebswelle 14 und ihrer Rotation um die Drehachse 22 die Verhältnisse ein, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Durch die angetriebene Antriebswelle 14 wird über die in der unteren Hälfte der Viskolüfterkupplung angesammelte Scherflüssigkeit in einem Teilbereich des Arbeitsraumes 9 die Drehbewegung teilweise auf das Gehäuse 15 übertragen. Damit stellt sich in kürzester Zeit in jedem der Räume ein unterschiedlicher Flüssigkeitsspiegel ein. Der Flüssigkeitsspiegel in den Scherspalten 8 sinkt sofort entsprechend der gleichmäßigen Verteilung der dort vorhandenen Scherflüssigkeit etwa auf das in Fig. 2 dargestellte Maß. Der Flüssigkeitsstand im Vorratsraum 7 wird nur dann den gleichen Stand wie in den Scherspalten 8 erreichen, wenn der Vorratsraum 7 im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist. In den meisten Fällen, wie auch in der Darstellung, ist er jedoch im radial inneren Bereich axial tiefer ausgebildet, so daß der Flüssigkeitsstandard einen höheren Pegel erreicht. Auch die im Ringraum 3 anwesende Scherflüssigkeit wird sich nunmehr ringförmig verteilen und beispielsweise den angedeuteten Stand erreichen. Der in Fig. 2 dargestellte Betriebszustand, der sich sofort nach dem Kaltstart einstellt, ist dadurch bemerkenswert, daß die im Ringraum 3 angeordnete Scherflüssigkeit dem übrigen Kreislauf entzogen ist. Dadurch war schon gemäß Fig. 1 im Stillstand der dadurch ist er jetzt sowohl im Vorratsraum 7 als auch im Arbeitsraum 9 ebenfalls abgesenkt. Dadurch ergibt sich beim Kaltstart von vornherein eine geringere Drehmomentübertragung zwischen dem Läufer 17 und den Lüfterflügeln 12, so daß gegenüber dem normalen Kaltstart ein niedrigeres Geräusch und eine niedrigere Lüfterleistung erzielt wird und zum anderen ergibt sich durch den höheren Schlupf eine erheblich wirksamere Pumpleistung der Pumpeinrichtung 16. Es ist somit sichergestellt, daß in kürzester Zeit die Scherspalte 8 von der restlichen Scherflüssigkeit leergepumpt werden. Damit ist der Idealzustand für den Kaltstart erreicht, nämlich eine möglichst geringe Drehmomentübertragung und somit ein möglichst großer Schlupf. Die im Ringraum 3 zurückgehaltene Scherflüssigkeit kann infolge ihrer hohen Viskosität beim Kaltstart nur ganz langsam aus der Ablauföffnung 20 in den Arbeitsraum 9 gelangen, wobei sie sofort von der Pumpeinrichtung 16 in den Vorratsraum 7 abgepumpt wird. Sie erhöht damit die Drehmomentübertragung kaum meßbar.

Wird die Lüfterkupplung im betriebswarmen Zustand abgestellt und kurz darauf neu gestartet, so kann die im Ringraum 3 angesammelte Scherflüssigkeit infolge ihrer hohen Temperatur und somit ihrer niedrigeren Viskosität auch durch die kleine Ablauföffnung 20 in relativ kurzer Zeit dem Kreislauf zugeführt werden.

Claims (4)

1. Visko-Lüfterkupplung, insbesondere zum Antrieb von Lüfter­ flügeln von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen, be­ stehend u. a. aus
einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Läufer,
einem Gehäuse, welches gegenüber dem Läufer drehbar gelagert ist, diesen umgibt und einen Ar­ beitsraum bildet,
einem Vorratsraum für Scherflüssigkeit, der vom Arbeitsraum durch eine Trennwand abgetrennt ist,
einer Pumpeinrichtung mit einer Öffnung in der Trennwand nahe dem Außendurchmesser des Läufers zum Überführen von Scherflüssigkeit vom Arbeitsraum in den Vorratsraum bei Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse sowie
einer temperaturabhängig steuerbaren Öffnung in der Trennwand auf einem kleineren Durchmesser als die Pumpöffnung zum Übertritt von Scherflüssigkeit vom Vorratsraum in den Ar­ beitsraum,
dadurch gekennzeichnet, daß ein gesonderter, vom Arbeitsraum (9) und vom Vorrats­ raum (7) abgetrennter Auffangraum (3) vorgesehen ist, der eine bei nicht rotierender Lüfterkupplung ein selbständi­ ges Füllen des Auffangraumes (3) ermöglichende Zulauföff­ nung (21) und eine eine Drosselwirkung besitzende Ablauf­ öffnung (20) aufweist.

2. Visko-Lüfterkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Auffangraum (3) konzentrisch zur Drehachse (14) als Ringraum ausgeführt ist mit einem kleinen Durch­ messer (d) und einem großen Durchmesser (D), mit einer vor­ zugsweise ringförmigen Zulauföffnung (21) im Bereich des kleinen Durchmessers (d), die teilweise unterhalb des Flüs­ sigkeitsspiegels bei stehender Lüfterkupplung angeordnet ist, und zumindest einer kleinen Ablauföffnung (20) im Be­ reich des großen Durchmessers (D).

3. Visko-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3) vorzugsweise im Ge­ häuse (15) angeordnet ist auf der der Trennwand (G) abge­ wandten Seite des Läufers (17).

4. Visko-Lüfterkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3) radial innerhalb des Arbeitsraumes (9) angeordnet ist.