AT3020U1

AT3020U1 - Drehzahldifferenzabhängige hydraulische kupplung mit drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: AT3020U1
Application number: AT0070498U
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Gratzer
Original assignee: Steyr Daimler Puch Ag
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 1999-08-25
Also published as: DE19948478A1; DE19948478B4; US6250444B1

Abstract

Eine drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung besteht aus einem rotierenden Gehäuse (1), einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (2), einer Welle (4), einer Reibungskupplung (3) zur Verbindung der Welle (4) mit dem Gehäuse (1) und einem Kolben (26). Um in einfachster Weise eine Begrenzung des Drehmomentes ohne störende Fliehkrafteinflüsse und eine Kühlung der Reibungskupplung zu erreichen, steht der Druckraum (24) über eine Drosselstelle (27) mit dem Innenraum (28) der Reibungskupplung (3) in Verbindung, und ist die Drosselstelle als Druckbegrenzungsventil ausgebildet. Dieses wird von einer Tellerfeder (30) in der Wand (29) des Kolbens (26) gebildet.

Description

AT 003 020 Ul

Die Erfindung handelt von einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, die aus einem rotierenden Gehäuse, einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine, einer Welle, einer Reibungskupplung zur Verbindung der Welle mit dem Gehäuse und aus einem Kolben besteht, wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse und der Welle in einem Druckraum ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird. Dieser Druck bewirkt eine Beaufschlagung der Reibflächen der Reibungskupplung.

Derartige Kupplungen finden in verschiedenen Konstellationen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Verwendung, entweder zur direkten Übertragung eines Drehmomentes oder zum Sperren eines verbundenen Differentialgetriebes, für den Antrieb der Räder einer Achse oder für die Verteilung des Drehmomentes zwischen zwei Achsen. In jedem Fall besteht die hydrostatische Verdrängungsmaschine aus einem Innenrotor und 2 AT 003 020 Ul einem Aussenrotor, die bei Drehzahldifferenz zwischen Innenrotor und Aussenrotor beziehungsweise insbesondere zwischen dem Gehäuse und der Welle eine Relativbewegung ausführen und so in dem Druckraum den für die Beaufschlagung der Kupplung nötigen Druck auf den Kolben ausüben.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist etwa aus der WO 96/41090 bekannt. Dort ist die Anordnung so getroffen, daß im Kolben ein Ventil angebracht ist, das bei Erreichen eines bestimmten Druckes schließt. In den Kupplungsraum gelangt Öl somit nur, solange die Kupplung noch nicht wirkt. Das Öl wird dann einfach irgendwie durch Öffnungen am Umfang des rotierenden Gehäuses abgeschleudert. Wenn die Kupplung zu greifen beginnt, also viel Reibungswärme erzeugt, bleibt das Öl weg. Dadurch erhitzen sich die Lamellen der Kupplung im Fährbetrieb stark und sind einem hohen Verschleiß ausgesetzt.

Aufgrund der gewichtsoptimierten Dimensionierung moderner Kraftfahrzeugsantriebsstränge ist eine Begrenzung der übertragenen Drehmomentes erforderlich, was durch Begrenzung des Druckes in der Druckkammer erreicht werden kann. In der drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung gemäß DE 41 09 789 C2 wird das durch ein im stationären Gehäuse untergebrachtes Überdruckventil erreicht. Da sich die Druckkammer aber im rotierenden Teil befindet, ist zur Verbindung von Ventil und Druckkammer eine Drehdurchfuhrung erforderlich. Das macht die Konstruktion aufwendig; vor allem, wenn die Kupplung ohne Steuerein- 3 AT 003 020 Ul griff von aussen arbeiten soll. Dann aber ist das Überdruckventil in den rotierenden Teilen unterzubringen. Überdruckventile bestehen in der Regel aus einem federbelasteten Ventilkörper. Ist dieser in einem rotierenden Teil geführt, so ist er der Fliehkraft ausgesetzt. Ausserdem brauchen solche Ventile relativ viel Bauraum, besonders wenn sie nach der Rotationsachse ausgerichtet sind.

Aus der gattungsgemäßen US 5,611,746 ist zwar ein Drosselventil in dem rotierenden Teil bekannt, dieses ist aber nur fest einstellbar und daher nicht federbelastet und ausserdem nur indirekt mit dem Druckraum verbunden; und gar nicht mit dem Kupplungsraum. Es könnte auch gar nicht federbelastet sein, weil die Fliehkraft bei radialer Ausrichtung gegen die Feder wirken und bei achsialer Ausrichtung eine Reibungsbremsung her-vorrufen würde. Trotzdem ist dieses Drosselventil schwer unterzubringen, siehe dort Fig.l und 9.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß die Kühlung der Reibungskupplung verbessert und der Raumbedarf minimiert werden und in einfachster Weise eine Begrenzung des Drehmomentes ohne störende Fliehkrafteinflüsse möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß der Druckraum über ein Druckbegrenzungsventil mit dem Innenraum der Reibungskupplung in Verbindung steht. Das Druckbegrenzungsventil ist also im rotierenden 4 AT 003 020 Ul

Teil der Vorrichtung angeordnet und der Kupplungsraum ist bei geeigneter Auslegung des Überdruckventiles dann durchströmt, wenn die Kupplung hoch belastet wird und die Kühlung dringend braucht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckbegrenzungsventil von einer auf der Seite des Innenraumes angeordneten Tellerfeder gebildet, deren innerer Rand eingespannt ist und deren äusserer Rand mindestens eine Bohrung überdeckt (Anspruch 2). Die Ausbildung als Tellerfederventil hat drei wesentliche Vorteile: Unempfindlichkeit gegen Fliehkrafteinflüsse, geringen Raumbedarf und großen Durchflußquerschnitt. Die Tellerfeder wirkt so gleichzeitig als Feder und als Ventilkörper, der mehrere Bohrungen überdecken kann.

Der geringe Raumbedarf erlaubt die Unterbringung des Druckbegren-zungsventiles in der achsnormalen Wand des Kolbens (Anspruch 3). Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn der Kolben zwischen der Reibungskupplung und der hydrostatischen Verdrängungsmaschine angeordnet ist. Die geringe Baulänge des Tellerfederventiles erlaubt dessen Unterbringung sogar in einer sehr dünnen Kolbenwand.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Ventiles weist die Wand des Kolbens eine Zentralbohrung und diese in gleichem Abstand umgebende Strömungsbohrungen auf (Anspruch 4). In der Zentralbohrung sitzt ein Bolzen oder eine Schraube, die die Tellerfeder halten, die diese umgebenden Strömungsbohrungen bieten einen großen Durchflußquerschnitt. 5 AT 003 020 Ul

In Weiterbildung der Erfindung ist das Druckbegrenzungsventil als Drosselstelle ausgebildet (Anspruch 5). Dadurch ist auch bei geringer Belastung für ausreichende Kühlung und Schmierung der Reibungskupplung gesorgt und ein eigenes Drosselventil erübrigt sich.

In einer besonders einfachen Ausbildung der Drosselstelle wirkt der äussere Rand der Tellerfeder mit einer Auflagefläche zusammen, die eine als Drosselkanal wirkende Kerbe aufweist (Anspruch 6).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplung,

Fig.2: Detail II in Fig. 1 in einer ersten Ausfuhrungsform,

Fig.3: Ansicht A in Fig.2,

Fig.4: Detail II in Fig. 1 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig.5: Ansicht B und C in Fig.4,

Fig.6: Detail II in Fig.l in einer dritten Ausführungsform,

Fig.7: Ansicht D in Fig.6 mit teilweise abgenommener Feder.

In Fig. 1 ist ein feststehendes Gehäuse nur angedeutet und nicht bezeichnet. Dieses umgibt ein rotierendes Gehäuse 1, das eine hydrostatische Verdrängungsmaschine 2 und eine Reibungskupplung 3 enthält, die zwischen dem rotierenden Gehäuse 1 und einer Welle 4 die Verbindung her-stellen kann. 6 AT 003 020 Ul

Das rotierende Gehäuse 1 besteht aus einem Kopfteil 7 und einem Mantelteil 8 mit ersten Kuppelzähnen 9 für die Außenlamellen 10 der Reibungskupplung 3. An dem Kopfteil 7 erfolgt im gezeigten Ausfuhrungs-beispiel der Antrieb, es könnte aber auch der Abtrieb sein. Die Welle 4 ist bezüglich dem rotierenden Gehäuse 1 in Lagern 11,12 gelagert und mittels einer ersten Keilverzahnung 13 mit einer Trieblingswelle 14 verbunden. Die Welle 4 hat außen zweite Kuppelzähne 15 für die Innenlamellen 16 der Reibungskupplung 3. Sie ist mittels einer zweiten Keilverzahnung 17 mit einem Innenrotor 18 der hydrostatischen Verdrängungsmaschine 2 verbunden. Der Innenrotor 18 wirkt mit einem exzentrischen Außenrotor zusammen. Zwischen beiden ist ein Arbeitsraum 20 gebildet, der bei einer Relativdrehung zwischen dem rotierenden Gehäuse 1 und der Welle 4 einen Druck erzeugt.

Von diesem Arbeitsraum 20 fuhrt ein Kanal 23 in einen Druckraum 24, der einerseits von einer Trennplatte 25 und andererseits von einem Kolben 26 begrenzt ist. Letzterer enthält eine Drosselstelle 27, die erfindungsgemäß als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist und den Durchtritt von Arbeitsmedium in einen Innenraum 28 der Reibungskupplung freigibt und in einer relativ dünnen achsnormalen Wand des Kolbens 26 vorgesehen ist.

Fig.2 und 3 zeigen die Ausbildung des Dmckbegrenzungsventiles. Eine Tellerfeder 30 ist an der Seite des Innenraumes 28 der Kolbenwand 29 vorgesehen. Ein Niet 31 ist in einer Zentralbohrung 32 fest vernietet, wozu er eine Schulter 33 aufweist. Der Kopf 34 des Nietes 31 hält den inne- 7 AT 003 020 Ul ren Rand 35 der Tellerfeder 30 mit einer gewissen Vorspannung. Deren äußerer Rand 36 wird so auf eine eingesenkte Auflagefläche 37 gedrückt, wodurch Strömungsbohrungen 38 abgedeckt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 2 Strömungsbohrungen 38 im Abstand 39 von der Achse der Zentralbohrung 32 vorgesehen. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes hebt der äußere Rand 36 der Tellerfeder 30 ab, das Ventil beginnt zu öffnen.

In der Variante der Fig.4 und 5 tragen gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen. Der Unterschied besteht darin, daß anstelle des Nietes 31 eine Bundschraube 41 fest in die Zentralbohrung 32 eingeschraubt ist und daß eine große Anzahl Strömungsbohrungen 48 vorgesehen sind, die auf der Seite der Tellerfeder 30 durch einen Ringraum 42 verbunden sind. Auf diese Weise kann ein sehr großer Flüssigkeitsstrom bewältigt werden.

Anstelle des Bundes kann die Schraube auch anders gesichert werden.

In einer weiteren Variante, Fig.6 und 7, ist das Druckbegrenzungsventil so ausgebildet, daß es auch als Drosselventil wirkt, das einen bestimmten Mindestdurchfluss sicherstellt. Dazu ist in der Auflagefläche 37 eine als Drosselkanal wirkende Kerbe 50 vorgesehen, die so verläuft, daß sie unter dem äusseren Rand 36 der Tellerfeder 30 durchtaucht. Sie ist hier radial gerichtet, könnte aber auch eine Sekante sein. Mit 51 und 52 sind die Strömungsbahnen bezeichnet. 8

Claims

AT 003 020 Ul ANSPRÜCHE * 1. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, bestehend aus einem rotierenden Gehäuse (1), einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (2), einer Welle (4), einer Reibungskupplung (3) zur Verbindung der Welle (4) mit dem Gehäuse (1) und einem Kolben (26), wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse (1) und der Welle (4) in einem Druckraum (24) ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (24) über ein Druckbegrenzungsventil (27) mit dem Innenraum (28) der Reibungskupplung (3) in Verbindung steht.
2. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (27) von einer auf der Seite des Innenraumes (28) angeordneten Tellerfeder (30) gebildet wird, deren innerer Rand (35) eingespannt ist und deren äusserer Rand (36) mindestens eine Strömungsbohrung (38) überdeckt.
3. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil in der achsnormalen Wand (29) des Kolbens (26) untergebracht ist. 9 AT 003 020 Ul
4. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (29) des Kolbens eine Zentralbohrung (32) und diese in gleichem Abstand (39) umgebende Strömungsbohrungen (38) aufweist.
5. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (27) als Drosselstelle ausgebildet ist.
6. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äussere Rand (36) der Tellerfeder (30) mit einer Auflagefläche (37) zusammenwirkt, die eine als Drosselkanal wirkende Kerbe (50) aufweist. 10