DE102007023508B4

DE102007023508B4 - Kupplungsanordnung mit Viscokupplung und Freilaufkupplung

Info

Publication number: DE102007023508B4
Application number: DE102007023508A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Schwekutsch; Theodor Dipl.-Ing. Gaßmann
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: DE102007023508A1

Abstract

Kupplungsanordnung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine Viscokupplung mit einem um eine Drehachse A drehbaren Außenlamellenträger (7) als Eingang, mit dem Außenlamellen (14) drehfest verbunden sind, und einem relativ zum Außenlamellenträger (7) um die Drehachse A drehbaren Innenlamellenträger (10) als Ausgang, mit dem Innenlamellen (15) drehfest verbunden sind, wobei zwischen dem Außenlamellenträger (7) und dem Innenlamellenträger (10) ein mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllter Ringraum (21) gebildet ist, in dem die Außenlamellen (14) und die Innenlamellen (15) angeordnet sind;
eine Freilaufkupplung (4) mit einem zur Drehachse A koaxialen Außenring (16) als Eingang, einem zum Außenring (16) koaxialen Innenring (17) als Ausgang sowie Klemmkörpern (18), die zwischen dem Außenring (16) und dem Innenring (17) in einem abbremsbaren Käfig (19) gehalten sind, wobei die Freilaufkupplung zumindest bei niedrigen Drehzahlen sperrt, wenn der Außenring (16) schneller dreht als der Innenring (17), und freischaltet, wenn der Innenring (17) schneller dreht als...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit einer Viscokupplung und einer Freilaufkupplung zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Antriebsanordnung mit einer solchen Kupplungsanordnung.
Viscokupplungen, die auch als Flüssigkeitsreibungskupplungen bezeichnet werden, kommen beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer permanent angetriebenen ersten Achse (z. B. Vorderachse) und einer bedarfsweise angetriebenen zweiten Antriebsachse (z. B. Hinterachse) zum Einsatz. Bei auftretender Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen überträgt die Viscokupplung ein Drehmoment von der ersten auf die zweite Achse. Hierfür umfaßt die Viscokupplung zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse drehbare Kupplungsteile, die einen mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllten Ringraum bilden. In dem Ringraum sind erste Kupplungslamellen, die mit dem einen der beiden Kupplungsteile drehfest verbunden sind, und zweite Kupplungslamellen, die mit dem zweiten der beiden Kupplungsteile verbunden sind, in Längsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet.
Um beim Bremsen des Kraftfahrzeugs zu verhindern, daß ein Drehmoment von der bedarfsweise angetriebenen zweiten Achse auf die permanent angetriebene erste Achse übertragen wird bzw., umgekehrt, ein Bremsmoment von der ersten auf die zweite Achse, ist eine Freilaufkupplung vorgesehen. Die Freilaufkupplung unterbricht die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Achsen und erlaubt damit unterschiedliche Drehzahlen der beiden Achsen. Auf diese Weise kann die Hinterachse beim Bremsen des Kraftfahrzeugs die Vorderachse überholen, so daß die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist.
Aus der US 6 547 025 B1 ist eine Antriebsanordnung mit einer Freilaufkupplung und einer dieser funktional nachgeschalteten Viscokupplung im Längsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Außenring der Freilaufkupplung ist mit dem Außenlamellenträger der Viscokupplung fest verbunden.
Aus der US 2005/0211526 A1 ist eine weitere Anordnung mit einer Freilaufkupplung und einer dieser funktional nachgeschalteten Viscokupplung bekannt. Hier ist die Freilaufkupplung radial innerhalb der Viscokupplung angeordnet.
Aus der DE 199 63 651 C1 ist eine Viscokupplung mit einer Freilaufanordnung bekannt, die bei Vorwärtsfahrt frei schaltbar ist und bei Rückwärtsfahrt sperrbar ist. Die Freilaufanordnung umfaßt mehrere Klemmkörper, die in einem Käfig gehalten sind, der gegenüber einem der beiden Kupplungsteile abbremsbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung mit einer Viscokupplung und einer Freilaufkupplung vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist, einen geringen Bauraum in Anspruch nimmt und sich somit kostengünstig herstellen läßt. Die Aufgabe besteht weiter darin, eine Antriebsanordnung mit einer solchen Kupplungsanordnung vorzuschlagen, die kompakt baut.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungsanordnung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, gelöst, umfassend
eine Viscokupplung mit einem um eine Drehachse drehbaren Außenlamellenträger, mit dem Außenlamellen drehfest verbunden sind, und einem relativ zum Außenlamellenträger um die Drehachse drehbaren Innenlamellenträger, mit dem Innenlamellen drehfest verbunden sind, wobei zwischen dem Außenlamellenträger und dem Innenlamellenträger ein mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllter Ringraum gebildet ist, in dem die Außenlamellen und die Innenlamellen angeordnet sind;
eine Freilaufkupplung mit einem zur Drehachse koaxialen Außenring, einem zum Außenring koaxialen Innenring sowie Klemmkörpern, die zwischen dem Außenring und dem Innenring in einem abbremsbaren Käfig gehalten sind, wobei die Freilaufkupplung zumindest bei niedrigen Drehzahlen sperrt, wenn der Außenring schneller dreht als der Innenring, und freischaltet, wenn der Innenring schneller dreht als der Außenring;
die Freilaufkupplung ist radial innerhalb der Viscokupplung angeordnet, wobei der Innenlamellenträger der Viscokupplung mit dem Außenring der Freilaufkupplung fest verbunden ist,
wobei der Außenring der Freilaufkupplung eine Innenfläche mit mehreren umfangsverteilten Rampen und der Innenring der Freilaufkupplung eine zylindrische Außenfläche aufweist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung liegt in einem sehr kompakten Aufbau. Dadurch, daß die Freilaufkupplung koaxial innerhalb der Viscokupplung angeordnet ist, kann die axiale Länge der Baueinheit und damit das Gewicht verringert werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit einzelne Komponenten der Viscokupplung und der Freilaufkupplung zusammenzufassen, wodurch sich eine geringe Teilezahl ergibt. Dies alles wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten der Kupplungsanordnung aus. Der Drehmomentfluß ist von außen nach innen gerichtet, das heißt ein eingeleitetes Antriebsmoment wird über die Viscokupplung auf die Freilaufkupplung und von hier auf ein Anschlußaggregat, beispielsweise ein Achsdifferential, übertragen. Die genannte Funktionalität des Sperrens bei Drehmomentfluß in eine erste Richtung und Freischaltens bei Drehmomentfluß in einer hierzu entgegengesetzten zweite Richtung gilt zumindest bei niedrigen Drehzahlen, und zwar in beide relative Drehrichtungen, das heißt sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsfahrt. Daher wird die Freilaufkupplung auch als Zweiwegefreilauf bezeichnet. Vorzugsweise ist die Freilaufkupplung so gestaltet, daß sie bei hohen Drehzahlen komplett freischaltet, so daß beide Antriebsachsen – unabhängig von der Relativdrehung der beiden Ringe – voneinander entkoppelt sind.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung überdecken sich die Viscokupplung und die Freilaufkupplung zumindest teilweise axial. Durch diese Ineinanderschachtelung ergibt sich eine kurze axiale Baulänge, so daß auch die Integration mit anderen Baueinheiten, beispielsweise einem Achsdifferential, hinsichtlich des sogenannten Packaging einfach realisierbar ist. Vorzugsweise sind der Innenlamellenträger der Viscokupplung und der Außenring der Freilaufkupplung fest miteinander verbunden, insbesondere einteilig gestaltet. Hiermit werden die Teilezahl und damit auch die Herstellungskosten reduziert. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung kann in einem Kraftfahrzeug mit permanent angetriebener Vorderachse und bedarfsweise zu schaltbarer Hinterachse prinzipiell an beliebiger Stelle im Längsantriebsstrang eingesetzt werden. Beispielsweise kann sie dem hinteren Achsdifferential unmittelbar vorgeschaltet sein, oder sie kann auch im Bereich des vorderen Achsdifferentials in den Antriebsstrang integriert sein.
Die Freilaufkupplung ist derart gestaltet, daß sie, zumindest bei niedrigen Drehzahlen, bei Drehmomentfluß in einer ersten Richtung und bei gegenüber dem Innenring schneller drehendem Außenring sperrt und somit ein Drehmoment übertragen kann. Dieser Fahrzustand tritt beispielsweise bei Schlupf an der Vorderachse und gilt bei Antrieb in beide Drehrichtungen, das heißt sowohl bei positivem als auch bei negativem Drehmoment bzw. bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt. Demgegenüber schaltet die Freilaufkupplung bei Drehmomentfluß in einer entgegengesetzten zweiten Richtung und bei gegenüber dem Innenring langsamer drehenden Außenring frei, so daß die beiden Achsen entkoppelt sind und kein Drehmoment übertragen wird.
Der Außenring der Freilaufkupplung weist nach einer bevorzugten Ausgestaltung eine unrunde Innenfläche mit mehreren umfangsverteilten Rampen auf, und der Innenring der Freilaufkupplung hat eine zylindrische Außenfläche. Jeweils zwei benachbarte Rampen bilden eine nach außen gerichtete V-förmige Ausnehmung, in die ein zugehöriger Klemmkörper bei höheren Drehzahlen nach radial außen eintauchen kann. Durch das Abheben der Klemmkörper von der Außenfläche des Innenrings wird erreicht, daß der Innenring relativ zum Außenring in beide Drehrichtungen drehen kann, das heißt der Drehmomentfluß zwischen Eingang und Ausgang unterbrochen ist und die mit dem Innenring verbundene Achse nicht angetrieben wird. Vorzugsweise ist die Innenfläche des Außenrings im Querschnitt betrachtet wellenförmig gestaltet. Dabei entspricht die Anzahl der Ausnehmungen der Anzahl der Klemmkörper, so daß jeweils im Bereich einer Ausnehmung ein Klemmkörper Platz findet. Die V-förmige Ausgestaltung der Rampen hat den Vorteil eines selbstzentrierenden Effekts der Klemmkörper. Bei Überschreiten einer durch konstruktive Maßnahmen definierten Drehzahl heben die Klemmkörper von der Außenfläche des Innenrings ab und bewegen sich nach radial außen zur tiefsten Stelle der entsprechenden Ausnehmung. Die Klemmkörper sind vorzugsweise in Form von zylindrischen Rollen gestaltet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind Brems- bzw. Rückhaltemittel zum Abbremsen bzw. Zurückhalten des Käfigs gegenüber einem stehenden Bauteil, insbesondere einem Gehäuseteil, vorgesehen. Die Bremsmittel umfassen mehrere Reibschuhe, die auf dem stehenden Bauteil unter radialer Vorspannung aufsitzen und mit dem Käfig drehfest verbunden sind. Die radiale Vorspannung wird durch geeignete Federmittel erreicht, die über die Reibschuhe gezogen sind und diese nach radial innen beaufschlagen. Die Reibschuhe, die vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, bewirken ein Zurückhalten des Käfigs, so daß die Klemmkörper gegenüber dem langsamer drehenden Außenring zurückgehalten werden und der Innenring den Außenring überlaufen kann. Tritt ein Fahrzustand ein, bei dem der Außenring schneller dreht als der Innenring, werden die Klemmkörper unmittelbar eingeklemmt, so daß ein Drehmoment übertragen wird.
Das Reibverhalten der Reibschuhe gegenüber dem stehenden Bauteil ist abhängig von der Federsteifigkeit der Federmittel und der Masse der Reibschuhe, wobei die Vorspannkraft der Federmittel der bei Drehung auftretenden Fliehkraft entgegenwirkt. Je höher die Drehzahl ist, desto geringer ist der Anpreßdruck, mit dem die Reibschuhe gegen das stehende Bauteil beaufschlagt werden, bis sie schließlich ganz abheben. Dies hat den Vorteil einer Reibminderung bei höheren Drehzahlen, was sich günstig auf den Verschleiß an den zugehörigen Bauteilen und den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Die Vorspannkraft der Reibschuhe ist so ausgelegt, daß bei hohen Drehzahlen zunächst die Klemmkörper vom Innenring der Freilaufkupplung abheben, bevor die Reibschuhe sich von dem stehenden Bauteil lösen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Viscokupplung eingangsseitig ein erstes Deckelteil auf, das mit dem Außenlamellenträger fest verbunden ist. Das erste Deckelteil ist mittels ersten Lagermitteln relativ zum Innenring der Freilaufkupplung oder einem hiermit drehfest verbundenem Bauteil, beispielsweise einer Antriebswelle, drehbar gelagert. Vorzugsweise sind Dichtmittel zwischen dem ersten Deckelteil und dem Innenring bzw. der Antriebswelle vorgesehen. An ihrem entgegengesetzt gerichteten Ende hat die Viscokupplung vorzugsweise ein mit dem Außenlamellenträger fest verbundenes zweites Deckelteil, das mittels zweiten Lagermitteln zumin dest mittelbar relativ zu einem stehenden Bauteil, beispielsweise einem Getriebegehäuse, drehbar gelagert ist. Das erste Deckelteil, der Außenlamellenträger und das zweite Deckelteil bilden ein gemeinsames Gehäuse um die gesamte Anordnung. Dies hat den Vorteil, daß auf zusätzliche Gehäusebauteile verzichtet werden kann, was sich wiederum günstig auf die Teilezahl und damit auf die Herstellungskosten auswirkt. Weiter ergibt sich durch diese Ausgestaltung eine einfache Anbindung an ein Anschlußaggregat, beispielsweise ein Achsgetriebe. Die beiden Deckelteile können mit dem Außenlamellenträger durch herkömmliche Methoden verbunden werden, beispielsweise mittels Schweißen. Als Lagermittel kommen beispielsweise Wälzlager oder Gleitlager in Frage.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der Außenring der Freilaufkupplung gegenüber dem Innenring mittels Lagermitteln drehbar gelagert, die mit axial benachbart zu der Freilaufkupplung und insbesondere in axialer Überdeckung zum Lamellenpaket der Viscokupplung angeordnet sind. Auf diese Weise können zwischen dem Außenring und dem Innenring wirkende Kippmomente gut abgestützt werden.
Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer primär angetriebenen Vorderachse und einer bedarfsweise antreibbaren Hinterachse, die
eine Kupplungsanordnung nach einer der obengenannten Ausgestaltungen und
ein der Kupplungsanordnung nachgeschaltetes Achsdifferential mit einem Getriebegehäuse, einem Eingangteil und zwei hiermit antriebsverbundenen Ausgangsteilen umfaßt, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben,
wobei der Innenring der Freilaufkupplung drehfest mit dem Eingangsteil des Achsdifferentials verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit erfindungsgemäßer Kupplungsanordnung bietet die oben bereits genannten Vorteile. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Anordnung kompakt aufgebaut. Weiter läßt sich die Kupplungsanordnung mit nur geringem konstruktivem Aufwand an das Achsdifferential anbinden, was den Montageaufwand reduziert.
Die Übersetzungsverhältnisse von den beiden Antriebsachsen des Kraftfahrzeugs auf den Außenlamellenträger der Viscokupplung einerseits und den Innenring der Freilaufkupplung andererseits sind so gestaltet, daß der Innenring im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs schneller dreht als der Außenring. In diesem Betriebszustand findet keine Drehmomentübertragung zwischen Vorder- und Hinterachse statt. Tritt bei bestimmten Fahrsituationen Schlupf an der Vorderachse auf, das heißt, der Außenring der Freilaufkupplung dreht schneller als der Innenring, werden die Klemmkörper verspannt und die Freilaufkupplung geschlossen. Somit wird Drehmoment von der primär angetriebenen Vorderachse auf die Hinterachse übertragen. Umgekehrt, wenn die Vorderachse beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs ein Bremsmoment bzw. die Hinterachse ein Drehmoment erzeugt, sind die beiden Achsen entkoppelt und es wird kein Moment auf die jeweils andere Achse übertragen. Vielmehr überläuft die Hinterachse die Vorderachse, so daß die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs gewährleistet wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind Bremsmittel bzw. Rückhaltemittel zum Abbremsen bzw. Zurückhalten des Käfigs der Freilaufkupplung gegenüber einem stehenden Bauteil vorgesehen. Dabei ist das stehende Bauteil vorzugsweise das Getriebegehäuse oder ein damit fest verbundenes Bauteil. Insbesondere ist das stehende Bauteil in Form einer Hülse gestaltet, die koaxial zur Drehachse mit dem Getriebegehäuse fest verbunden ist, wobei die Bremsmittel an einer Außenfläche der Hülse wirksam aufsitzen. Die Bremsmittel können nach einer der obengenannten Ausgestaltungen aufgebaut sein, so daß auf obige Beschreibung verwiesen werden kann. Die Eingangswelle des Achsdifferentials ist vorzugsweise koaxial innerhalb der Hülse drehbar gelagert, wobei insbesondere ein Nadellager als Lagermittel in Frage kommt.
Der Außenlamellenträger der Viscokupplung bzw. das hiermit verbundene zweite Deckelteil ist vorzugsweise gegenüber dem Getriebegehäuse mittels Dichtmitteln, beispielsweise in Form eines Wellendichtrings, abgedichtet. Die Lagerung des zweiten Deckelteils kann unmittelbar gegenüber dem Getriebegehäuse oder mittelbar über die Hülse erfolgen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
2 die Kupplungsanordnung gemäß Schnittlinie II-II aus 1;
3 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt;
4 die Kupplungsanordnung gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3;
5 die Kupplungsanordnung aus 3 in axialer Ansicht;
6 ein erstes Anwendungsbeispiel für eine der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen an einem hinteren Achsdifferential; und
7 ein zweites Anwendungsbeispiel für eine der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen an einem vorderen Achsdifferential.
Die 1 und 2 werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Kupplungsanordnung 2 mit einer Viscokupplung 3 und einer koaxial innerhalb der Viscokupplung 3 angeordneten Freilaufkupplung 4 erkennbar. Die Viscokupplung 3 hat ein Gehäuse 5, das aus einem ersten Deckelteil 6, einem Außenlamellenträger 7 und einem zweiten Deckelteil 8 besteht. Das erste Deckelteil 6 ist über hier nicht näher dargestellte Schraubverbindungen 9 mit der Antriebsseite eines Antriebsstranges drehfest verbindbar. Koaxial innerhalb des Gehäuses 5 ist ein Innenlamellenträger 10 um die Drehachse A drehbar gelagert und über Gleitdichtungen 12, 13 gegenüber dem ersten Deckelteil 6 bzw. dem zweiten Deckelteil 8 abgedichtet. Zwischen dem Außenlamellenträger 7 und dem Innenlamellenträger 10 sowie den beiden Deckelteilen 6, 8 ist ein Ringraum 21 gebildet, der zumindest teilweise mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt ist. Zum Einfüllen der hochviskosen Flüssigkeit hat das erste Dec kelteil 6 einen Durchbruch 59, der von einer Kugel verschlossen wird. Der Außenlamellenträger 7 hat eine Innenverzahnung, an der Außenlamellen 14 drehfest und axial schwimmend gehalten sind. In Längsrichtung jeweils abwechselnd mit den Außenlamellen 14 sind Innenlamellen 15 vorgesehen, die auf einer Außenverzahnung des Innenlamellenträgers 10 drehfest und axial schwimmend gehalten sind.
Die Freilaufkupplung 4 umfaßt einen Außenring 16, der einteilig mit dem Innenlamellenträger 10 der Viscokupplung 3 ausgebildet ist, einen hierzu koaxial angeordneten und um die Drehachse A drehbaren Innenring 17 sowie eine Mehrzahl von umfangsverteilten Klemmkörpern 18, die in einem zwischen dem Innenring und dem Außenring gebildeten Ringraum in einem Käfig 19 gehalten sind. Der Käfig 19 ist über Bremsmittel 20 gegenüber einem stehenden Gehäuse 22 bzw. einer hiermit drehfest verbundenen Anschlußhülse 23 abbremsbar. Der Innenring 17 ist über eine Längsverzahnung 24 mit dem Eingangszapfen 25 eines hier nicht weiter dargestellten Hinterachsdifferentials drehfest verbunden und axial gesichert. An seinem dem Achsdifferential zugewandten Ende hat der Innenring 17 eine Zentrierstelle 27 mittels der er auf einem Lagerabschnitt 28 des Eingangszapfens 25 zentriert ist. Zum drehbaren Lagern des Außenrings 16 bzw. des Innenlamellenträgers 10 gegenüber dem Innenring 17 ist ein Wälzlager 29 vorgesehen, das etwa in einem mittleren Abschnitt des Innenrings 17 angeordnet ist. Das Wälzlager 29 liegt axial etwa im Bereich des Lamellenpakets 11 der Viscokupplung und axial benachbart zu den umfangsverteilten Klemmkörpern 18. Der Lageraußenring des Wälzlagers 29 ist mittels zweier Sicherungsringe 31, 32 gegenüber dem Innenlamellenträger 10 axial fixiert. Der Lagerinnenring ist zwischen einer Schulter des Innenrings 17 und einem weiteren Sicherungsring 33 axial eingespannt.
Das Gehäuse 5 der Viscokupplung 3 ist mit seinem ersten Deckelteil 6 mittels eines ersten Wälzlagers 26 auf einem Lagerabschnitt des Innenrings 17 der Freilaufkupplung 4 um die Drehachse A drehbar gelagert. An seinem dem Achsdifferential zugewandten Ende ist das Gehäuse 5 mit seinem zweiten Deckelteil 8 gegenüber der Hülse 23 mittels eines zweiten Wälzlagers 30 drehbar gelagert und gegenüber dem Getriebegehäuse 22 über einen Radialwellendichtring 41 als Dichtmittel abgedichtet.
Wie insbesondere in 2 erkennbar, hat der Außenring 16 der Freilaufkupplung 4 eine unrunde, insbesondere wellenförmige Innenfläche 34. Durch diese Innenkontur sind jeweils beidseitig zur dargestellten Mittenposition der Klemmkörper 18 Rampen 35, 36 gebildet, gegen die die Klemmkörper 18 anlaufen können. Auf diese Weise erfolgt bei Relativdrehung des Außenrings 16 gegenüber dem Innenring 17 ein sofortiges Blockieren des Freilaufs. Es ist weiter ersichtlich, daß der Innenring 17 eine zylindrische Außenfläche 37 aufweist, so daß die Klemmkörper 18, die vorzugsweise in Form von Zylinderrollen gestaltet sind, auf der Außenfläche 37 abrollen.
Jeweils zwei benachbarte Rampen 35, 36 bilden eine gemeinsame Ausnehmung, in die ein zugehöriger Klemmkörper 18 bei höheren Drehzahlen nach radial außen eintauchen kann. Hiermit wird gewährleistet, daß der Innenring 17 relativ zum Außenring 16 in beide Drehrichtungen drehen kann, so daß der Drehmomentfluß zwischen dem Gehäuse 5 als Antriebsteil und dem Eingangszapfen 25 als Abtriebsteil unterbrochen ist. Dabei bewirkt die rampen- bzw. dachförmige Innenkontur des Außenrings 16, daß sich der zugehörige Klemmkörper 18 an der tiefsten Stelle aufgrund der nach radial außen wirkenden Fliehkräfte selbst zentriert.
Die Bremsmittel 20 umfassen mehrere über den Umfang verteilte Reibschuhe 38, die auf der Hülse 23 unter radialer Vorspannung aufsitzen. Die Reibschuhe 38 sind mit dem Käfig 19 drehfest verbunden; und zwar sitzen sie in umfangsverteilten Ausnehmungen des Käfigs 19 ein. Zur Erzeugung der radialen Vorspannung sind Federmittel 39 vorgesehen, die in Ringnuten 40 an Außenflächen der Reibschuhe 38 einliegen und diese somit nach radial innen beaufschlagen. Die Reibschuhe 38 und der Käfig 19 sind vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Die Bremsmittel 20 bewirken bei niedrigen Drehzahlen, daß der Käfig 19 gegenüber dem Innenring 17 zurückgehalten wird, so daß die Klemmkörper 18 in Richtung der zugehörigen Rampen des Außenrings 16 beaufschlagt sind. So wird gewährleistet, daß – sobald ein Fahrzustand eintritt, bei dem der Außenring 16 schneller dreht als der Innenring – die Klemmkörper 18 unmittelbar eingeklemmt werden und ein Drehmoment vom Außenring 16 auf den Innenring 17 bzw. vom Gehäuse 5 auf den Zapfen 25 übertragen wird.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Freilaufkupplung erläutert. Bei niedrigen Drehzahlen rollen die Klemmkörper 18 auf der Innenfläche 37 des Innenrings 17 ab und die Reibschuhe 38 werden gegenüber der Hülse 23 abgebremst. Bei Drehmomentfluß in einer ersten Richtung vom Gehäuse 5 zum Eingangszapfen 25 sperrt die Freilaufkupplung, sofern der Innenlamellenträger 10 bzw. der Außenring 16 schneller dreht als der Innenring 17 der Freilaufkupplung. Dies gilt bei Antrieb in beide Drehrichtungen, d. h. sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsfahrt. Bei Drehmomentfluß in umgekehrter zweiter Richtung, d. h. vom Eingangszapfen 25 in Richtung Gehäuse 5, schaltet die Freilaufkupplung frei, so daß beide Achsen voneinander entkoppelt sind und kein Drehmoment übertragen wird. Dies ist insbesondere beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs von Wichtigkeit, um zu vermeiden, daß die stärker gebremste Vorderachse die Hinterachse mit abbremst, was die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs beeinträchtigen würde.
Bei höheren Drehzahlen heben die Klemmkörper 18 von der zylindrischen Außenfläche 37 des Innenrings 17 aufgrund von Fliehkräften ab, wobei sie in die durch jeweils zwei benachbarte Rampen 35, 36 gebildete Ausnehmungen nach radial außen wandern können. Durch das Abheben der Klemmkörper 18 wird erreicht, daß der Innenring 17 relativ zum Außenring 16 in beide Drehrichtungen drehen kann, das heißt der Drehmomentfluß zwischen Eingang und Ausgang ist unterbrochen. Lediglich die Vorderachse des Kraftfahrzeugs wird angetrieben, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch und den Verschleiß der am Allradantrieb beteiligtem Bauteile auswirkt.
Die 3 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2' in einer zweiten Ausführungsform und werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform entspricht weitestgehend derjenigen gemäß den 1 und 2, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugsziffern mit gestrichenen Indizes versehen.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 5' der Viscokupplung an beiden Seiten zumindest mittelbar auf dem Eingangszapfen 25' des hier nicht näher dargestellten Achsdifferentials auf der Drehachse A drehbar gelagert ist. Das erste Deckelteil 6' ist unmittelbar auf dem Eingangszapfen 25' drehbar gelagert und gegenüber diesem abgedichtet. Zur Lagerung ist ein Wälzlager 26' vorgesehen, das in einer ringförmigen Ausnehmung des ersten Deckelteils 6 einsitzt und mittels eines Sicherungsrings 58 gegenüber dem Eingangszapfen 25' axial gesichert ist. Axial benachbart zur Lagerstelle hat das Deckelteil 6' einen radialen Vorsprung, in dessen innenzylindrischer Innenfläche ein Wellendichtring 50 einsitzt. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, umfaßt das Deckelteil 6' einen Anschlußflansch 56 mit drei umfangsverteilten Armen 57, die zum Verbinden mit einem Eingangsteil dienen. An seinem dem Achsdifferential zugewandten Ende ist das Gehäuse 5' mit seinem zweiten Deckelteil 8' auf der Hülse 23' mittels des Wälzlagers 30 drehbar gelagert und gegenüber dem Getriebegehäuse 22 über einen Radialwellendichtring 41 als Dichtmittel abgedichtet. Die Hülse 23' ist mit dem Getriebegehäuse 22 drehfest verbunden. Der Eingangszapfen 25' des Achsdifferentials ist mittels Lagermitteln in Form eines Nadellagers 55 relativ zur Hülse 23' auf der Drehachse A drehbar gelagert. Im übrigen stimmt die vorliegende Ausführungsform hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise mit der obengenannten überein. Beide Ausführungsbeispiele bieten den Vorteil einer einfachen mechanischen Anbindung als vorgelagerte Baueinheit an ein Achdifferential.
In 6 ist ein erstes Anwendungsbeispiel für eine der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen 2, 2' gezeigt. Es ist der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit permanent angetriebener Vorderachse 42 und mit bedarfsweise zuschaltbarer Hinterachse 43 gezeigt. Zum Antrieb der Vorderachse 42 ist ein quer eingebauter Motor 44 mit einer Getriebeanordnung 45 vorgesehen. Die Getriebeanordnung 45 umfaßt ein Schaltgetriebe 46 und ein Achsdifferential 47 zum Verteilen des Drehmoments auf die beiden vorderen Seitenwellen 51, 52. Es ist weiter eine Längsantriebswelle 48 zur Drehmomentübertragung auf das Achsdifferential 49 der Hinterachse 43 ersichtlich. Das Achsdifferential 49 umfaßt als Eingangsteil den Eingangszapfen 25 und zwei hiermit antriebmäßig verbundene Ausgangsteile, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben und jeweils mit einer zugehörigen Seitenwelle 53, 54 antriebverbunden sind. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2, 2' ist dem Hinterachsdifferential 49 vorgeschaltet. Diese erlaubt bei Schlupf der Vorderachse 42 eine Drehmomentübertragung auf die Hinterachse 43. Umgekehrt, d. h. bei gegen über der Hinterachse 43 langsamer drehender Vorderachse 42, kann die Hinterachse 43 die Vorderachse 42 überlaufen, so daß kein Drehmoment übertragen wird.
7 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel, das demjenigen aus 6 weitestgehend entspricht. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der einzige Unterschied liegt darin, daß bei der vorliegenden Ausführungform die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2, 2' am vorderen Ende der Längsantriebswelle 48 angeordnet ist und unmittelbar an das Schaltgetriebe 46 angeschlossen ist. Konstruktiv wäre das erste Deckelteil 6 bzw. der Außenlamellenträger 7 der Viscokupplung 3 mit der Ausgangswelle des Getriebes 46 zu verbinden, während der Innenring 17 der Freilaufkupplung 4 an den vorderen Teil der Längsantriebswelle 48 antriebsmäßig anzuschließen wäre. Im übrigen entsprechen Aufbau und Funktionalität den obigen Ausführungen.

2: Kupplungsanordnung
3: Viscokupplung
4: Freilaufkupplung
5: Gehäuse
6: erstes Deckelteil
7: Außenlamellenträger
8: zweites Deckelteil
9: Schraubverbindung
10: Innenlamellenträger
11: Lamellenpaket
12: Gleitdichtung
13: Gleitdichtung
14: Außenlamelle
15: Innenlamelle
16: Außenring
17: Innenring
18: Klemmkörper
19: Käfig
20: Bremsmittel
21: Ringraum
22: Gehäuse
23: Hülse
24: Längsverzahnung
25: Eingangszapfen
26: Wälzlager
27: Lagerstelle
28: Lagerabschnitt
29: Wälzlager
30: Lagermittel
31: Sicherungsring
32: Sicherungsring
33: Sicherungsring
34: Innenfläche
35: Rampe
36: Rampe
37: Außenfläche
38: Reibschuhe
39: Federmittel
40: Ringnut
41: Dichtmittel
42: Vorderachse
43: Hinterachse
44: Motor
45: Getriebeanordnung
46: Schaltgetriebe
47: Achsdifferential
48: Längsantriebswelle
49: Achsdifferential
50: Dichtmittel
51: Seitenwelle
52: Seitenwelle
53: Seitenwelle
54: Seitenwelle
55: Lagermittel
56: Anschlußflansch
57: Arm
58: Sicherungsring
59: Durchbruch
A: Drehachse

Claims

Kupplungsanordnung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Viscokupplung mit einem um eine Drehachse A drehbaren Außenlamellenträger (7) als Eingang, mit dem Außenlamellen (14) drehfest verbunden sind, und einem relativ zum Außenlamellenträger (7) um die Drehachse A drehbaren Innenlamellenträger (10) als Ausgang, mit dem Innenlamellen (15) drehfest verbunden sind, wobei zwischen dem Außenlamellenträger (7) und dem Innenlamellenträger (10) ein mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllter Ringraum (21) gebildet ist, in dem die Außenlamellen (14) und die Innenlamellen (15) angeordnet sind; eine Freilaufkupplung (4) mit einem zur Drehachse A koaxialen Außenring (16) als Eingang, einem zum Außenring (16) koaxialen Innenring (17) als Ausgang sowie Klemmkörpern (18), die zwischen dem Außenring (16) und dem Innenring (17) in einem abbremsbaren Käfig (19) gehalten sind, wobei die Freilaufkupplung zumindest bei niedrigen Drehzahlen sperrt, wenn der Außenring (16) schneller dreht als der Innenring (17), und freischaltet, wenn der Innenring (17) schneller dreht als der Außenring (16); die Freilaufkupplung (4) ist radial innerhalb der Viscokupplung (3) angeordnet, wobei der Innenlamellenträger (10) der Viscokupplung (3) mit dem Außenring (16) der Freilaufkupplung fest verbunden ist, wobei der Außenring (16) der Freilaufkupplung (4) eine Innenfläche (34) mit mehreren umfangsverteilten Rampen (35, 36) und der Innenring (17) der Freilaufkupplung (4) eine zylindrische Außenfläche (37) aufweist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenlamellenträger (10) der Viscokupplung (3) und der Außenring (16) der Freilaufkupplung (4) einteilig gestaltet sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Viscokupplung (3) und die Freilaufkupplung (4) zumindest teilweise axial überdecken.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (34) des Außenrings (16) im Querschnitt betrachtet wellenförmig gestaltet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei zueinander benachbarte Rampen (35, 36) der Innenfläche (34) Ausnehmungen bilden, in die ein zugehöriger Klemmkörper (18) nach radial außen wandern kann.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Bremsmittel (20) zum Abbremsen des Käfigs (19) gegenüber einem stehenden Bauteil (22) vorgesehen sind.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsmittel (20) mehrere Reibschuhe (38) umfassen, die auf dem stehenden Bauteil (22) unter radialer Vorspannung aufsitzen und mit dem Käfig (19) drehfest verbunden sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Viscokupplung (3) ein mit dem Außenlamellenträger (7) fest verbundenes erstes Deckelteil (6) aufweist, das mittels Lagermitteln (26) relativ zum Innenring (17) der Freilaufkupplung (4) oder einem hiermit verbundenen Bauteil (25) drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (16) gegenüber dem Innenring (17) mittels Lagermitteln (29) drehbar gelagert ist, wobei die Lagermittel (29) axial benachbart zu den Klemmkörpern (18) angeordnet sind.
Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer primär angetriebenen Vorderachse und einer bedarfsweise antreibbaren Hinterachse, umfassend eine Kupplungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und ein der Kupplungsanordnung nachgeschaltetes Achsdifferential (49), das ein Getriebegehäuse (22), ein Eingangteil (25) und zwei hiermit antriebsverbundene Ausgangsteile aufweist, die untereinander eine ausgleichende Wirkung haben; wobei der Innenring (17) der Freilaufkupplung (4) drehfest mit dem Eingangsteil (25) des Achsdifferentials (49) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätige Bremsmittel (20) zum Abbremsen des Käfigs (19) der Freilaufkupplung (4) gegenüber einem stehenden Bauteil vorgesehen sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das stehende Bauteil das Getriebegehäuse (22) oder ein damit fest verbundenes Bauteil ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das stehende Bauteil in Form einer Hülse (23) gestaltet ist, die koaxial zur Drehachse A mit dem Getriebegehäuse (22) fest verbunden ist, wobei die Bremsmittel (20) an einer Außenfläche (37) der Hülse wirksam aufsitzen.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Viscokupplung (3) ein mit dem Außenlamellenträger (7) fest verbundenes erstes Deckelteil (6) aufweist, das mittels Lagermitteln (26) relativ zum Innenring (17) der Freilaufkupplung (4) oder dem Eingangsteil (25) des Achsdifferentials (49) drehbar gelagert ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Deckelteil (6) gegenüber dem Eingangsteil (25) des Achsdifferentials (49) mittels Dichtmitteln (50) abgedichtet ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Viscokupplung (3) ein zweites Deckelteil (8) aufweist, das mittels Lagermitteln (30) zumindest mittelbar relativ zum Getriebegehäuse (22) drehbar gelagert ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (23) mittels Lagermitteln (55) auf dem Eingangsteil (25) des Achsdifferentials drehbar gelagert ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Deckelteil (8) gegenüber dem Getriebegehäuse (22) mittels Dichtmitteln (41) abgedichtet ist.