AT401557B - Viscokupplung mit angepasster kennlinie - Google Patents

Description

AT 401 557 B

Die Erfindung handelt von einer Viscokupplung mit einem in einem Außenteil drehtest angeordneten Satz Außenlamellen und einem auf einem Innenteil drehfest angeordneten Satz Innenlamellen, wobei Innen-und Außenlamellen abwechselnd aufeinanderfolgen und axial verschiebbar auf Keilverzahnungen von Innenteil bzw Außenteil sitzen, und wobei die Abstände zwischen Innen- und Außenlamellen drehmomentabhängig variabel sind.

Die Kennlinie (übertragenes Drehmoment über Differenzdrehzahl) einer gewöhnlichen, nicht von außen gesteuerten Viscokupplung steigt anfangs, bei kleiner Drehzahldifferenz, relativ stark an, bei mittlerer Drehzahldifferenz ist sie nahezu horizontal. Das erklärt sich durch das Schubspannungsverhalten der viskosen Flüssigkeit. Es entspricht zwar den Anforderungen bei Fahrt im Gelände, nicht aber denen des Straßenverkehrs, weil es zum Beispiel beim Einparken zu Verspannungen des Antriebsstranges führt und weil bei größerer Drehzahldifferenz zu wenig Drehmoment auf die zweite Antriebsachse übertragen wird. Um den Anforderungen des Straßenverkehrs ideal zu entsprechen, sollte die Kennlinie zuerst langsam und erst im Bereich mittlerer bis größerer Drehzahldifferenzen stark ansteigen.

Um die Kennlinie ohne steuernden Eingriff von außen drehmomentabhängig zu ändern, ist es aus der AT-PS 383 877 bekannt, in Serie zu einem der beiden Lamellensätze eine aus zusammenpreßbaren Gummikörpern bestehende drehelastische Kupplung anzuordnen, die bei Relativdrehung eine axiale Verschiebung einer Kuppelscheibe bewirkt. Das führt zu einer Verringerung des Volumens der mit viskoser Flüssigkeit gefüllten Kammer und zu einer Verringerung der Spaltweite zwischen inneren und äußeren Lamellen. Es wird also die Kennlinie durch Verändern des volumetrischen Füllungsgrades und zugleich auch der Lamellenabstände variiert, was einen scharfen Übergang von einer Kennlinienform zur anderen bedeutet. Das stört im Fährbetrieb.

Außerdem ist diese bekannte Viscokupplung technisch aufwendig. Sie erfordert zusätzliche Abdichtungen, die bei den als viskose Flüssigkeit verwendeten Silikonölen immer kritisch sind, und ein Paar Spurlager zur Aufnahme der axialen Kräfte. Lager brauchen Platz und verschleißen. Drehelastische Kupplungen schließlich sind schwingungsanfällig und ihr Verdrehwinkel ist sehr begrenzt.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine Viscokupplung vorzuschlagen, die bei geringstem technischen Aufwand und ohne Eingriff von außen eine stetige und stabile Anpassung der Kennlinie an die Erfordernisse des Straßenverkehrs bietet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine der Keilverzahnungen schraubenförmig ausgebildet ist und daß zwischen den dieser schraubenförmigen Keilverzahnung zugeordneten Lamellen axial wirkende Druckfedern vorgesehen sind.

Das hat zunächst den Vorteil, daß ein solches Keilprofil keinen eng begrenzten Verstellweg hat und trotzdem über den Steigungswinkel, der in weiten Grenzen wählbar ist, eine sanfte und reibungsarme Verschiebung erlaubt. Da das Keilprofil innerhalb oder außerhalb, nicht aber vor den Lamellen wie nach dem Stand der Technik angeordnet ist, braucht es außerdem überhaupt keinen Bauraum.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Lamellenabstände ohne Volumsänderung und somit ohne Veränderung des volumetrischen Füllungsgrades verstellt werden. Daraus resultiert ein sanft progressiver Anstieg des übertragenen Drehmomentes. Er ist bei geringer Drehzahldifferenz, wie sie beim Einparken herrscht, sehr flach. Bei zunehmender Drehzahldifferenz wird der Gradient immer steiler, um dann auf im Vergleich zu Kupplungen nach dem Stand der Technik höherem Niveau wieder abzuflachen oder auch die Ausbildung eines Hump zuzulassen. Dadurch wird die Drehmomentverteilung auf alle angetriebenen Räder und somit die Traktion beim Beschleunigen merklich verbessert. Dieser Verlauf kommt auch einer stetigen Selbsteinstellung der Viscokupplung sehr entgegen.

Durch den Korrektureingriff ohne Verringerung des Kammervolumens sind außerdem keine zusätzlichen Abdichtungen oder Spurlager erforderlich, was einer einfachen Bauweise sehr zugute kommt.

Die Druckfedern dienen der axialen Abstützung und dem Ausgleich der Abstände zwischen den auf der schraubenförmigen Keilverzahnung verschiebbaren Lamellen. Vor allem aber sind sie hinsichtlich Kraft und Weg in einem weiten Bereich so auszulegen, daß im Zusammenspiel mit der Steigung der schraubenförmigen Keilverzahnung die gewünschten Kennlinie der Viscokupplung erhalten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das schraubenförmige Keilwellenprofil zur drehfesten Verbindung des Innenteiles mit den Innenlamellen vorgesehen und die Innenlamellen sind gegenüber dem Innenteil über axial wirkende Druckfedern abgestützt (Anspruch 2). Diese Ausführung ist besonders einfach und billig, weil das Keilprofil am Innenteil leichter zu bearbeiten ist. Wenn das schraubenförmige Keilprofil gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform zwischen Außeniamellen und Außenteil vorgesehen ist (Anspruch 3), ist die Flächenpressung zwischen Keilprofil und den entsprechenden Ausnehmungen am Aussenrand der Lamellen geringer, was die Übertragung eines höheren Drehmomentes erlaubt.

Der Steigungswinkel des schraubenförmigen Keilprofiles in dem Bereich wird mit Vorteil zwischen 10 und 50 Winkelgraden gewählt (Anspruch 4). In diesem Bereich sind Verstellwinkel und Reibung und 2

AT 401 557 B

Federkraft optimal aufeinander abstimmbar.

In weiterer Verfolgung des Erfindungsgedanken können zwischen den Lamellen auf der nicht schraubenförmig ausgebildeten Keilverzahnung ebenfalls in axialer Richtung wirkende Druckfedern vorgesehen sein (Anspruch 5). Dadurch können sich auch die Abstände dieser Lamellen ohne Einwirkung der anderen 5 Lamellen ausgleichen. Vorteilhafterweise sind die axial wirkenden Druckfedern Tellerfedern (Anspruch 6).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert und beschrieben. Es stellen dar:

Fig.1 eine erfindungsgemäße Viscokupplung in beiden möglichen Ausführungsformen,

Fig.2 eine Kennlinie der erfindungsgemäßen Viscokupplung.

Die Viscokupplung besteht aus einem Außenteil 1 und einem Innenteil 2. Mit dem Außenteil 1 ist eine io Anzahl Außenlamellen 6 und mit dem Innenteil 2 eine Anzahl Innenlamellen 8 drehfest aber axial verschiebbar verbunden. Für diese drehfeste Verbindung sind Keilverzahnungen 10 am Außenteil 1 und 11 am Innenteil 2 vorgesehen. Der Raum 5 zwischen dem Außenteil 1 und dem Innenteil 2 ist mit einer viskosen Flüssigkeit ganz oder teilweise gefüllt, die Scherkräfte zwischen Lamellen 6,8 zu übertragen geeignet ist. 15 Erfindungsgemäß ist nun entweder die äußere Keilverzahnung 10 oder innere Keilverzahnung 11 schraubenförmig ausgebildet, was durch die die Achse 20 kreuzenden Umfangsschnitte 10' oder 11' angedeutet ist. Im ersten Fall gilt 10', im zweiten 11'. Der Steigungswinkel 21 liegt zwischen 10 und 50 Winkelgraden. Zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 ist auf jeder Seite ein Dichtring 12,13 angeordnet. Mit 14 ist ein Wälzlager angedeutet, mit dem der Innenteil 2 im Außenteil 1 drehbar gelagert ist. Dieses 20 Wälzlager 14 nimmt auch die an der jeweiligen schraubenförmigen Keilverzahnung 10 entstehende Axialkraft auf.

Sprengringe 15 sind vorgesehen, um die Verschiebung der Aussenlamellen 6 zu begrenzen, wobei axial wirkende Druckfedern 7 vorgesehen sein können, um die Abstände zwischen den Aussenlamellen auszugleichen und deren Rückkehr in die gezeigte Stellung (in der das übetragene Drehmoment noch zu keiner 25 Verschiebung geführt hat) sicherzustellen. Weiters sind Sprengringe 16 als Widerlager für die Druckfedern 9 vorgesehen, die der Verschiebung der Innenlamellen 6 durch die schraubenförmige Keilverzahnung 11 entgegenwirken.

Das gilt in der Ausführungsform mit schraubenförmig ausgebildeter innerer Keilverzahnung 11. In der anderen Ausführungsform mit schraubenförmig ausgebildeter äusserer Keilverzahnung 10 gilt das Obige 30 analog.

Die Wirkungsweise der schraubenförmigen Keilprofile 11' bzw 10' besteht darin, daß sie bei Übertragen eines Drehmomentes eine achsiale Verschiebung der jeweiligen Lamellen 8 bzw 6 gegen die Kraft der Druckfedern 9 bzw 7 herbeiführt. Wird kein Moment übertragen, so nehmen die Lamellensätze zueinander die gezeigte Mittelstellung ein. 35 Fig.2 zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen an Hand der Kennlinien. In dem Diagramm ist auf der Abszisse die Drehzahldifferenz ohne Skalierung aufgetragen, auf der Ordinate das übertragene Drehmoment, ebenfalls ohne Skalierung. Mit 40 ist die Kennlinie einer Viscokupplung ohne die erfindungsgemäße Selbstverstellung bezeichnet, mit 41 der Punkt, der der Drehzahldifferenz bei vollem Lenkausschlag entspricht, und mit 42 das bei sehr hoher Drehzahldifferenz übertragene Moment. Der Zweig 43 -io zeigt strichliert den Drehmomentverlauf, wenn es zur Ausbildung eines Hump kommt. Die Kurve 45 ist die Kennlinie einer Viscokupplung gemäß der Erfindung. Es ist zu erkennen, daß im Bereich des kleinsten Wendekreises 46 das übertragene Drehmoment deutlich kleiner als bei einer Viscokupplung nach dem Stand der Technik ist. Bei größeren Drehzahldifferenzen steigt die Kennlinie steiler an und erreicht schließlich bei 47 ein wesentlich höheres übertragbares Moment als eine Kupplung nach dem Stand der 45 Technik (Punkt 42). Die genaue Lage dieser Kennlinie ist Abstimmungssache. Zum Vergleich sind ferner noch die Kennlinien 50.51 zweier Viscokupplungen ohne die erfindungsgemäße Selbstverstellung eingezeichnet. Durch Auslegung kann die eine oder andere erzielt werden. Bei der gemäß Kurve 50 wäre aber das bei vollem Lenkausschlag übertragene Moment noch höher, bei der gemäß Kurve 51 das bei großer Drehzahldifferenz viel zu niedrig. 50 Durch die Erfindung läßt sich die Kennlinie genau den Erfordernissen des jeweiligen Fahrzeugtyps anpassen, sodaß in engen Kurven keine Verspannung der Lenkung auftritt und bei schneller Straßenfahrt eine gute Drehmomentverteilung erreicht wird. Dabei kann von den beschriebenen Ausführungsbeispielen auf vielerlei Weise abgewichen werden, insbesondere können Merkmale eines Ausführungsbeispieles auch mit denen der anderen kombiniert werden. 3 55

Claims (6)

1. AT 401 557 B Patentansprüche 1. Viscokupplung mit einem in einem Außenteil (1) drehtest angeordneten Satz Außenlamellen (6) und einem auf einem Innenteil (2) drehtest angeordneten Satz Innenlamellen (8), wobei Innen- und Außenlamellen abwechselnd aufeinanderfolgen und axial verschiebbar auf Keilverzahnungen von Innenteil (2) bzw Aussenteil (1) sitzen, und wobei die Abstände zwischen Innen- und Aussenlamellen drehmomentabhängig variabel sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Keilverzahnungen (11; 10) schraubenförmig ausgebildet ist und daß zwischen den dieser schraubenförmigen Keilverzahnung (11; 10) zugeordneten Lamellen (8;6) axial wirkende Druckfedern (9; 7) vorgesehen sind.
2. 2. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmige Keilprofil (11) zur drehfesten Verbindung des Innenteiles (2) mit den Innenlamellen (8) vorgesehen ist.
3. 3. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmige Keilprofil (10) zur drehfesten Verbindung des Außenteiles (1) mit den Außenlamellen (6) vorgesehen ist.
4. 4. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel (21) des schraubenförmigen Keilprofiles (11 ;10) in dem Bereich zwischen 10 und 50 Winkelgraden liegt.
5. 5. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lamellen (6;8) auf der nicht schraubenförmig ausgebildeten Keilverzahnung ebenfalls in axialer Richtung wirkende Druckfedern (7;9) vorgesehen sind.
6. 6. Viscokupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfedern (9,7) Tellerfedern sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4