DE10101407C1

DE10101407C1 - Viscokupplung

Info

Publication number: DE10101407C1
Application number: DE10101407A
Authority: DE
Inventors: Georg Kwoka
Original assignee: GKN Viscodrive GmbH
Current assignee: GKN Viscodrive GmbH
Priority date: 2001-01-13
Filing date: 2001-01-13
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2021-01-14
Also published as: FR2819563A1; FR2819563B1; KR100472684B1; ITMI20012767A1; US20030132082A1; KR20020061118A; US6668993B2; JP3645525B2; JP2002250368A

Abstract

Viscokupplung, die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten Ringraum 16 aufweist, in dem erste Kupplungslamellen 17, die mit einem ersten Teil 11 drehfest verbunden sind, und zweite Kupplungslamellen 18, die mit einem zweiten Teil 12 koppelbar sind, in Längsrichtung miteinander abwechselnd angeordnet sind, wobei die zweiten Kupplungslamellen 18 abwechselnd mit Klemmringen 20 im zweiten der Teile 12 angeordnet sind, die ihrerseits mit dem zweiten der Teile 12 drehfest verbunden sind, mit einer Axialverstellvorrichtung 23, die axial auf die zweiten Kupplungslamellen 18 und die Klemmringe 20 einwirkt und diese gegeneinander mit dem zweiten der Teile 12 verblockt, mit einer Bremsanordnung für den Stellring 24, die eine zweite Viscokupplung umfaßt, die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten zweiten Ringraum 30 aufweist, in dem dritte Kupplungslamellen, die mit dem Stellring 24 drehfest verbunden sind, und vierte Kupplungslamellen, die mit dem anderen der beiden Teile koppelbar sind, in Längsrichtung abwechselnd angeordnet sind, wobei die vierten Kupplungslamellen 32 abwechselnd mit zweiten Klemmringen 34 im genannten der Teile angeordnet sind, die ihrerseits mit diesem der Teile drehfest verbunden sind, sowie mit einer zweiten Axialverstellvorrichtung für die Bremsanordnung für den Stellring 24.

Description

Die Erfindung betrifft eine Viscokupplung mit zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse drehbaren Teilen, die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten Ringraum aufweist, in dem erste Kupplungslamellen, die mit dem ersten der Teile drehfest verbunden sind, und zweite Kupplungslamellen, die mit dem zwei ten der Teile koppelbar sind, in Längsrichtung miteinander ab wechselnd angeordnet sind, wobei die zweiten Kupplungslamellen abwechselnd mit Klemmringen im zweiten der Teile angeordnet sind, die ihrerseits mit dem zweiten der Teile drehfest verbun den sind, und mit einer Axialverstellvorrichtung, die axial auf die zweiten Kupplungslamellen und die Klemmringe einwirkt und diese gegeneinander mit dem zweiten der Teile verblockt.

Die Verwendung einer Viscokupplung im Antriebsstrang eines Fahr zeuges mit einer ständig angetriebenen ersten Achse und einer bedarfsweise angetriebenen zweiten Achse, wobei die Teile der Kupplung mit einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite in einem Antriebsstrang zur zweiten Achse verbunden sind, ist be kannt.

Es ist hierbei bereits bekannt, die Viscokupplung mit einer frei steuerbaren Schaltvorrichtung zu kombinieren, die einen Satz der Kupplungslamellen, die mit Klemmringen abwechselnd in dem ent sprechenden Teil der Kupplung anordnet sind, mittels einer Axi alverstellvorrichtung mit diesem Teil der Kupplung zu verbinden oder von ihm zu entkoppeln. Hierbei sind die Betriebsparameter, von denen dieser Schaltvorgang abhängig gemacht wird, frei wählbar (DE 40 36 230 C2 und DE 41 07 240 C2). Für die Ausgestaltung der entsprechenden Verstellvorrichtung sind be reits verschiedene Vorschläge gemacht worden.

Hierbei ist es weiterhin bekannt, die Viscokupplung mit einer Freilaufanordnung zu kombinieren, die bei Voreilen der Antriebs seite gegenüber der Abtriebsseite sperrt und bei Voreilen der Abtriebsseite gegenüber der Antriebsseite die Viscokupplung freischaltet, wobei dies jeweils für die Vorwärtsfahrt des Fahr zeuges gilt. Dies hat den Nachteil, daß bei Rückwärtsfahrt, d. h. also bei Drehrichtungsumkehr der Freilauf die Viscokupplung freischaltet und ein Antrieb der zweiten Achse auch bei völlig fehlendem Grip an der ersten Achse kein Zuschalten der zweiten Achse erfolgt. Um diesem Nachteil zu überwinden, bedarf es einer zusätzlichen Schaltvorrichtung, mit der der Freilauf bei Rück wärtsfahrt überbrückt werden kann.

Aus der DE 197 30 714 A1 ist eine Kraftübertragungseinheit mit zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungsteilen in Form einer Reibungskupplung bekannt, bei der eine erste Druckkrafterzeu gungseinheit zur Betätigung der Reibungskupplung von einer Flüs sigkeitsimpulsvorrichtung und eine zweite Druckkrafterzeugungs einheit zur Betätigung der Reibungskupplung von einer Kugelram penanordnung mit zwei gegeneinander verdrehbaren Rampenscheiben gebildet wird. Die Kugelrampenanordnung wird durch Abbremsen einer ihrer zwei mit dem einen der Kupplungsteile umlaufenden Rampenscheiben zur Wirkung gebracht. Dieses Abbremsen erfolgt mittels einer von einem Elektromagneten berührungslos betätigten weiteren Reibungskupplung, die zwischen der abbremsbaren Rampen scheibe und dem anderen der Kupplungsteile wirksam ist.

Aus der DE 199 18 411 A1 ist eine Viscokupplung zur Kraftüber tragung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungs teilen bekannt, die über zwei innerhalb einer mit viskoser Flüs sigkeit gefüllten Ringkammer angeordnete Sätze von Viscolamellen verfügt, von denen der eine Satz mittels Kupplungslamellen mit dem zugehörigen Kupplungsteil koppelbar und von diesem entkop pelbar ist. Die Erzeugung einer Druckkraft auf die Kupplungs lamellen wird mittels einer Kugelrampenanordnung mit zwei gegen einander verdrehbaren Rampenscheiben bewirkt. Die Kugelrampen anordnung wird durch Verdrehen einer ihrer zwei stehenden Ram penscheiben mittels eines Elektromotors betätigt.

Aus der DE 199 02 388 A1 ist die Kombination einer Viscokupplung und einer Reibungskupplung zur Kraftübertragung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Kupplungsteilen bekannt. Die Visco kupplung verfügt über zwei innerhalb einer mit viskoser Flüssig keit gefüllten Ringkammer angeordnete Sätze von Viscolamellen, die jeweils einem der Kupplungsteile zugeordnet sind, wobei einer dieser Sätze in einem mit dem zugehörigen Kupplungsteil koppelbaren und von diesem entkoppelbaren Lamellenträger gehal ten ist. Der Lamellenträger ist über eine Hilfskupplung an das zugehörige Kupplungsteil ankoppelbar und von diesem entkoppel bar. Die Reibungskupplung und die Hilfskupplung sind über eine Kugelrampenanordnung mit zwei gegeneinander verdrehbaren Rampen scheiben betätigbar, die durch Verdrehen einer ihrer zwei ste henden Rampenscheiben mittels eines Elektromotors zur Wirkung gebracht wird.

Aus der DE 196 50 039 A1 ist eine Kupplungseinheit aus zwei gegeneinander drehbaren Kupplungsteilen mit einer Reibungskupp lung zwischen den beiden Kupplungsteilen bekannt, die von einem Kugelrampenmechanismus betätigbar ist. Der Kugelrampenmecha nismus umfaßt zwei mit einem der Kupplungsteile umlaufende Ram penscheiben, von denen eine von einer Viscokupplung abbremsbar ist. Die Viscokupplung umfaßt eine mit viskoser Flüssigkeit gefüllte Ringkammer, innerhalb der zwei Sätze von Viscolamellen mit jeweils einem Lamellenträger angeordnet sind. Ein Lamellen träger der Viscokupplung ist mit der abbremsbaren Rampenscheibe, der andere Lamellenträger der Viscokupplung ist mit dem anderen der Kupplungsteile verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der erstgenannten Art in besonders betriebssicherer und verschleißarmer Ausführung vorzuschlagen.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Axialverstellvorrichtung aus einem Kugel-Rampen-Mechanismus mit einem drehfest und axial verschieb bar in einem der Teile gehaltenen Druckring und einem frei dreh baren gegenüber dem anderen der Teile abbremsbaren Stellring besteht, wobei zwischen beiden Ringen Kugeln angeordnet sind, die in rampenartigen Umfangsrillen in den einander zugewandten Flächen der Ringe gehalten sind, mit einer Bremsanordnung für den Stellring, die eine zweite Viscokupplung umfaßt, die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten zweiten Ringraum auf weist, in dem dritte Kupplungslamellen, die mit dem Stellring drehfest verbunden sind, und vierte Kupplungslamellen, die mit dem anderen der beiden Teile koppelbar sind, in Längsrichtung abwechselnd angeordnet sind, wobei die vierten Kupplungslamellen abwechselnd mit zweiten Klemmringen im genannten der Teile an geordnet sind, die ihrerseits mit diesem der Teile drehfest verbunden sind, sowie mit einer zweiten Axialverstellvorrichtung für die Bremsanordnung für den Stellring.

Mit einer derart aufgebauten Kupplung wird eine bekanntermaßen nahezu verschleißfreie Viscokupplung mit einem Verstellmecha nismus bereitgestellt, der ebenfalls durch eine Viscokupplung als Bremsvorrichtung für einen Kugel-Rampen-Mechanismus geprägt wird. Die Verstellung dieser zweitgenannten Viscokupplung er folgt berührungslos und verschleißarm über elektromagnetische Kräfte. In beiden Viscokupplungseinheiten tritt mechanische Reibung nur zwischen den Klemmringen und den von diesen gesteu erten Kupplungslamellen auf, wobei durch die viskose Flüssigkeit innerhalb der Ringkammern der Verschleiß minimiert ist. Die eigentlichen Kupplungskräfte werden durch Flüssigkeitsscherung erzeugt. Auch der verwendete Kugel-Rampen-Mechanismus selber ist sehr verschleißarm. Durch einen steil gewählten Kugel-rampenwin kel ist ein schnelles Öffnen der Viscokupplung gewährleistet. Dies ist häufig gewünscht, um die Kompatibilität der Viscokupp lung im Längsantriebsstrang mit Antiblockiersystemen und Fahr stabilitätssystemen sicherzustellen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Viscokupplung im Halb schnitt in einer ersten Ausführung;

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Viscokupplung im Halb schnitt in einer zweiten Ausführung.

In Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Viscokupplung im wesent lichen eine Nabe 11, die hier das erste Teil darstellt, und ein Gehäuse 12, das hier das zweite Teil darstellt. Beide sind durch Dichtungen 13, 14 gegeneinander abgedichtet und bilden so einen ersten Ringraum 16, in dem abwechselnd erste Lamellen 17 und zweite Lamellen 18 angeordnet sind. Die ersten Lamellen 17 sind über eine Nabenverzahnung 19 drehfest mit der Nabe verbunden. Die zweiten Lamellen 18 sind jeweils abwechselnd mit Klemmringen 20 angeordnet, die ihrerseits auf einer Innenverzahnung 22 im Gehäuse 12 drehfest gehalten sind. Die zweiten Lamellen 18 und die Klemmringe 20 sind über einen Kugel-Rampen-Mechanismus 23 verstellbar, der einen Druckring 25 umfaßt, der drehfest und axial verschiebbar auf der Verzahnung 19 der Nabe gehalten ist, sowie einen Stellring 24, der frei gegenüber beiden Teilen dreh bar und gegenüber dem Gehäuse 12 abbremsbar ist, wobei sich letzterer über ein Axiallager 26 am Gehäuse abstützt und wobei zwischen den beiden Ringen Kugeln 27 in rampenartigen steigenden Umfangsrillen 28, 29 geführt sind. Das Schließen der Viscokupp lung durch Ankopplung der zweiten Lamellen 18 an das Gehäuse 12 erfolgt über den Druckring 25, der die zweiten Lamellen 18 und die Klemmringe 20 mit dem Gehäuse 12 bei Betätigung verblockt, wobei sich dieses Paket gegen eine erste Innenwand 21 des Gehäu ses 12 abstützt. In einem zweiten Ringraum 30, der in dieser Ausführung hydraulisch mit dem ersten verbunden ist, befinden sich dritte Lamellen 31 und vierte Lamellen 32, die axial ab wechselnd angeordnet sind, wobei die dritten Lamellen auf einer Außenverzahnung 33 des Stellrings 24 drehfest und axial ver schiebbar gehalten sind und die vierten Lamellen 32 abwechselnd mit zweiten Klemmringen 34 angeordnet sind, die in der Innen verzahnung 22 des Gehäuses 12 gehalten sind. Die Betätigung der Bremsanordnung durch Ankopplung der vierten Lamellen 32 erfolgt über eine elektromagnetisch verstellbare Druckplatte 36, die die vierten Lamellen 32 und die zweiten Klemmringe 34 mit dem Gehäu se 12 bei Betätigung verblockt, wobei sich dieses Paket gegen eine zweite Innenwand 35 des Gehäuses 12 abstützt. Die Druck platte 36 kann von einem stehenden Elektromagneten 37 angezogen werden, der in einem Trägerring 38 gehalten ist, der über ein Radiallager 39 auf der Nabe 11 gelagert ist. Bei dieser Betäti gung werden die vierten Lamellen 32 mit dem Gehäuse 12 ver blockt, so daß die zuvor von den dritten Lamellen 31 mitgedreh ten vierten Lamellen 32 nunmehr Scherkräfte erzeugen, die den Stellring 24 zurückhalten, wodurch dieser relativ zum Druckring 25 verdreht wird. Dieser verblockt die zweiten Lamellen 18 und die Klemmringe 20 mit dem Gehäuse, wodurch die vorher freidre hend von den ersten Lamellen 17 mitgenommenen zweiten Lamellen 18 Scherkräfte aufbauen und das Gehäuse 12 somit über die in der Viscokupplung aufgebauten Kräfte von der Nabe 11 mitgenommen werden. Bei Freischaltung der Druckplatte 36 sind dagegen die Nabe 11 und das Gehäuse 12 entkoppelt.

In Fig. 2 umfaßt die erfindungsgemäße Viscokupplung im wesent lichen ein Gehäuse 41, das hier das erste Teil darstellt, und eine Nabe 42, die hier das zweite Teil darstellt. Beide sind durch Dichtungen 43, 44 gegeneinander abgedichtet und bilden so einen ersten Ringraum 46, in dem abwechselnd erste Lamellen 47 und zweite Lamellen 48 angeordnet sind. Die ersten Lamellen 47 sind über eine Innenverzahnung 49 drehfest mit dem Gehäuse ver bunden. Die zweiten Lamellen 48 sind jeweils abwechselnd mit Klemmringen 50 angeordnet, die ihrerseits auf einer Nabenverzah nung 52 auf der Nabe 42 drehfest gehalten sind. Die zweiten Lamellen 48 und die Klemmringe 50 sind über einen Kugel-Rampen- Mechanismus 53 verstellbar, der einen Druckring 55 umfaßt, der drehfest und axial verschiebbar auf der Verzahnung 52 der Nabe gehalten ist, sowie einen Stellring 24, der gegenüber beiden Teilen frei drehbar und gegenüber dem Gehäuse 41 abbremsbar ist, wobei sich letzterer über ein Axiallager 56 am Gehäuse abstützt und wobei zwischen den beiden Ringen Kugeln 57 in rampenartigen steigenden Umfangsrillen 58, 59 geführt sind. Das Schließen der Viscokupplung durch Ankopplung der zweiten Lamellen 48 an die Nabe 42 erfolgt über den Druckring 55, der die zweiten Lamellen 48 und die Klemmringe 50 mit der Nabe 42 bei Betätigung ver blockt, wobei sich dieses Paket gegen eine erste Innenwand 51 des Gehäuses 41 abstützt. In einem zweiten Ringraum 60, der in dieser Ausführung hydraulisch mit dem ersten verbunden ist, befinden sich dritte Lamellen 61 und vierte Lamellen 62, die axial abwechselnd angeordnet sind, wobei die dritten Lamellen 61 auf einer Außenverzahnung 63 des Stellrings 54 drehfest und axial verschiebbar gehalten sind und die vierten Lamellen 62 abwechselnd mit zweiten Klemmringen 64 angeordnet sind, die in der Innenverzahnung 49 des Gehäuses 41 gehalten sind. Die Be tätigung der Bremsanordnung durch Ankopplung der vierten Lamel len 62 erfolgt über eine elektromagnetisch verstellbare Druckplatte 66, die die vierten Lamellen 62 und die zweiten Klemmringe 64 mit dem Gehäuse 41 bei Betätigung verblockt, wobei sich dieses Paket gegen eine zweite Innenwand 65 des Gehäuses 41 abstützt. Die Druckplatte 66 kann von einem stehenden Elektro magneten 67 angezogen werden, der in einem Trägerring 68 gehal ten ist, der über ein Radiallager 69 auf der Nabe 42 gelagert ist. Bei dieser Betätigung werden die vierten Lamellen 62 mit dem Gehäuse 41 verblockt, so daß die zuvor von den dritten La mellen 61 mitgedrehten vierten Lamellen 62 nunmehr Scherkräfte erzeugen, die den Stellring 54 zurückhalten, wodurch dieser relativ zum Druckring 55 verdreht wird. Dieser verblockt die zweiten Lamellen 48 und die Klemmringe 50 mit der Nabe 42, wo durch die vorher freidrehend mit den ersten Lamellen 47 mit genommenen zweiten Lamellen 48 Scherkräfte aufbauen und das Gehäuse 41 somit über die in der Viscokupplung aufgebauten Kräf te von der Nabe 42 mitgenommen werden. Bei Freischaltung der Druckplatte 36 sind dagegen die Nabe 42 und das Gehäuse 41 ent koppelt.

Bezugszeichenliste

11

Nabe

41

Gehäuse

12

Gehäuse

42

Nabe

13

,

43

Dichtung

14

,

44

Dichtung

17

,

47

erste Lamellen

18

,

48

zweite Lamellen

19

,

49

Verzahnung (

11

)

20

,

50

Klemmring

21

,

51

erste Wand

22

,

52

Verzahnung (

12

)

23

,

53

Kugel-Rampen-Mechanismus

24

,

54

Stellring

25

,

55

Druckring

26

,

56

Axiallager

27

,

57

Kugeln

28

,

58

Rille (

24

)

29

,

59

Rille (

25

)

30

,

60

Ringraum

2

31

,

61

dritte Lamellen

32

,

62

vierte Lamellen

33

,

63

Verzahnung

34

,

64

Klemmring

35

,

65

zweite Wand

36

,

66

Druckplatte

37

,

67

Elektromagnet

38

,

68

Trägerring

39

,

69

Radiallager

Claims

1. Viscokupplung mit zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse drehbaren Teilen (11, 12, 41, 42), die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten Ringraum (16, 46) auf weist, in dem erste Kupplungslamellen (17, 47), die mit dem ersten der Teile (11, 41) drehfest verbunden sind, und zweite Kupplungslamellen (18, 48), die mit dem zweiten der Teile (12, 42) koppelbar sind, in Längsrichtung miteinander abwechselnd angeordnet sind, wobei die zweiten Kupplungs lamellen (18, 48) abwechselnd mit Klemmringen (20, 50) im zweiten der Teile (12, 42) angeordnet sind, die ihrerseits mit dem zweiten der Teile (12, 42) drehfest verbunden sind,
mit einer ersten Axialverstellvorrichtung (23, 53), die axial auf die zweiten Kupplungslamellen (18, 48) und die Klemmringe (20, 50) einwirkt und diese gegeneinander mit dem zweiten der Teile (12, 42) verblockt, die aus einem Kugel-Rampen-Mechanismus mit einem drehfest und axial ver schiebbar in einem der Teile gehaltenen Druckring (25, 55) und einem frei drehbaren gegenüber dem anderen der Teile abbremsbaren Stellring (24, 54) besteht, wobei zwischen beiden Ringen Kugeln (27, 57) angeordnet sind, die in ram penartigen Umfangsrillen (28, 58, 29, 59) in den einander zugewandten Flächen der Ringe gehalten sind,
mit einer Bremsanordnung für den Stellring (24, 54), die eine zweite Viscokupplung umfaßt, die einen mit hochvisko ser Flüssigkeit gefüllten zweiten Ringraum (30, 60) auf weist, in dem dritte Kupplungslamellen, die mit dem Stell ring (24, 54) drehfest verbunden sind, und vierte Kupplungslamellen, die mit dem anderen der beiden Teile koppel bar sind, in Längsrichtung abwechselnd angeordnet sind,
wobei die vierten Kupplungslamellen (32, 62) abwechselnd mit zweiten Klemmringen (34, 64) im genannten der Teile angeordnet sind, die ihrerseits mit diesem der Teile dreh fest verbunden sind, sowie
mit einer zweiten Axialverstellvorrichtung (36, 37; 66, 67) für die Bremsanordnung für den Stellring (24, 54).

2. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil von einer Nabe (11) und das zweite Teil von einem Gehäuse (12) gebildet wird.

3. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil von einem Gehäuse (41) und das zweite Teil von einer Nabe (42) gebildet wird.

4. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (25, 55) mit der Nabe (11, 42) drehfest verbunden ist und der Stellring (24, 54) gegenüber dem Gehäuse (12, 41) abbremsbar ist.

5. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Axialverstellvorrichtung eine elektromagne tisch verschiebbare Druckplatte (36, 66) in dem zweiten Ringraum (30, 60) umfaßt.

6. Viscokupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetspule (37, 67) der zweiten Axialverstellvor richtung außerhalb des zweiten Ringraums (30, 60) liegt.

7. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringräume (16, 30, 46, 60) hydraulisch mit einander verbunden sind.