-
Die Erfindung betrifft eine Drosseleinheit für einen Drehmomentbegrenzung einer Reibkupplung, wobei die Reibkupplung hydraulisch betätigt wird.
-
Aus dem Stand der Technik sind Drosseleinheiten für hydraulisch betätigte Reibkupplungen bekannt, bei denen über eine Blende, welche mittels einer Feder vorgespannt ist und einen Durchlass, welcher mit nur einem zentralen Öffnung der Blende korrespondiert, so dass weitere Öffnungen der Blende nicht durchströmbar sind, derart zusammenarbeitet, dass bei einem übermäßig schnellen Einrücken die Blende gegen den Durchlass gepresst wird und somit die Einrückgeschwindigkeit aufgrund des Drosseleffektes der Blende und des Durchlasses reduziert wird. Nachteilig bei den bekannten Drosseleinheiten ist, dass es sehr viele einzelne Anschlagsflächen und Führungsflächen sowie Bauteile gibt, die jeweils einer Toleranz unterliegen, so dass insgesamt die Drosseleigenschaft der Drosseleinheit in einem unzureichend großen Toleranzbereich liegt.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Die Erfindung betrifft eine Drosseleinheit für einen Drehmomentbegrenzer einer Reibkupplung, welcher zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Kammer mit einem Eingang für ein Fluid, der mit einem Ausgang über ein Blendenelement strömungsverbunden ist, wobei das Blendenelement zumindest eine erste Öffnung und zumindest eine zweite Öffnung aufweist;
- – einen eingangsseitigen ersten Anschlag für einen Schaltkörper, wobei der Schaltkörper mittels eines elastischen Elements von dem Blendenelement weg hin Eingangsrichtung vorgespannt ist wird und zwischen einem ersten Anschlag und dem Blendenelement verschiebbar gelagert ist und wobei der Schaltkörper einen Durchlass umfasst, welcher mit der zumindest einen ersten Öffnung des Blendenelements derart korrespondiert, dass bei einem Anliegen des Schaltkörpers an dem Blendenelement der Eingang und der Ausgang ausschließlich über den Durchlass und die zumindest eine erste Öffnung strömungsverbunden sind.
-
Die Drosseleinheit ist dazu eingerichtet, übermäßige (dynamische) Druckgefälle zu verhindern, so dass zum einen die hydraulischen Elemente nicht beschädigt werden und zum anderen der angeschlossene Nehmerzylinder oder Geberzylinder keine angrenzenden Bauteile beschädigen, zum Beispiel in einer Reibkupplung dadurch ein abruptes Schaltverhalten der Reibkupplung unterbunden wird. Der Drehmomentbegrenzer erlaubt es dem Nehmerzylinder, entgegen der Schaltkraft vom Geberzylinder, verlangsamt einzurücken und so in einer Reibkupplung ein plötzliches Anliegen eines übermäßigen Drehmoments zu verhindern. Dieser Vorgang kann ruckartig auftreten, so dass die daraus folgende Geschwindigkeit der hydraulischen Flüssigkeit über die Drosseleinheit reduziert werden soll.
-
Hierzu ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang eine Blende mit zumindest einer ersten Öffnung und zumindest einer zweiten Öffnung vorgesehen. Die zumindest eine erste Öffnung korrespondiert dabei mit einem Durchlass, welcher in einem Schaltkörper gebildet ist, welcher Schaltkörper verschiebbar gelagert ist. Der Schaltkörper wird durch ein elastisches Element im Normalzustand von dem Blendenelement beabstandet, das heißt, der Schaltkörper wird von dem Blendenelement weg in Eingangsrichtung vorgespannt. Der Schaltkörper liegt im Normalzustand an dem ersten Anschlag an und das Blendenelement bildet den zweiten Anschlag. Zwischen dem ersten Anschlag und dem Blendenelement ist der Schaltkörper verschiebbar, wobei die Verschiebung des Schaltkörpers in Folge der hydraulischen Flüssigkeit verursacht wird. Wird der Schaltkörper entgegen der Vorspannkraft des elastischen Elements gegen das Blendenelement gedrückt, so ist ausschließlich die zumindest eine erste Öffnung über den Durchlass des Schaltkörpers durchströmbar. Hierdurch wird die Strömung gedrosselt und das Einrücken verlangsamt, weil die hydraulische Flüssigkeit nur langsamer abfließen kann. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass das Blendenelement selbst nicht verschiebbar ist, wie das im Stand der Technik der Fall ist. Mit der hier vorgeschlagenen Drosseleinheit wird die Anzahl der Toleranzen deutlich reduziert, weil nur noch die Feder mit ihrem unterschiedlichen Kraft-Länge-Verhältnis und die Fertigungstoleranzen des Durchlasses im Schaltkörper sowie die anschlagsseitigen Fertigungstoleranzen des Schaltkörpers auf das Drosselverhalten der Drosseleinheit Einfluss nehmen können. Darüber hinaus wird der Aufbau durch die reduzierte Anzahl an Teilen deutlich vereinfacht, und insbesondere die Einstellung und Überprüfung der Funktion der Drosseleinheit auf weniger Toleranzen reduziert. Die Einstellung wird dadurch leicht beherrschbar.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit wird das elastische Element über eine axial justierbare Positioniereinheit gegengelagert, wobei bevorzugt die Positioniereinheit ein Einpresskonus ist, welcher in die Kammer einpressbar ist.
-
Das elastische Element weist häufig ein sehr unterschiedliches Kraft-Längen-Verhältnis auf. Zum Beispiel bei einer Schraubenfeder sind die Federkennwerte von minimalen Abweichungen in der Torsion des Federdrahts und der Federstahlzusammensetzung abhängig. Daher ist es wichtig, eine axiale Justierbarkeit des elastischen Elements zu erreichen, so dass die Kraft, die das elastische Element auf den Schaltkörper ausübt, exakt einstellen zu können. Ganz besonders bevorzugt ist die Positioniereinheit dabei als Einpresskonus ausgebildet, welcher in die Kammer der Drosseleinheit einpressbar ist. Somit kann durch einfaches Einschieben beziehungsweise Einpressen des Einpresskonus eine Positionierung beziehungsweise eine exakte Vorspannung des elastischen Elements eingestellt werden. Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Kammer in einem möglichen Einstellbereich für den Einpresskonus mit einem verengten und möglicherweise speziell vorbereiteten Oberfläche vorzusehen, so dass der Einpresskonus bis zu einer ersten möglichen Position (nahezu) widerstandsfrei eingeschoben werden kann. So muss erst im Einstellbereich auf den Einpresskonus eine Kraft eingeleitet werden, die einen sicheren Sitz der Positioniereinheit gewährleistet.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit weist der Schaltkörper einen Außendurchmesser auf und der Durchlass des Schaltkörpers bildet Eingangsseitig einen ersten Durchmesser und Ausgangsseitig einen zweiten Durchmesser, wobei zwischen dem Außendurchmesser und dem ersten Durchmesser eine zweite Fläche gebildet ist und zwischen dem zweiten Durchmesser und dem ersten Durchmesser eine erste Fläche gebildet ist, wobei die erste Fläche größer als die zweite Fläche ist, bevorzugt viermal so groß oder größer.
-
Durch die Verhältnisse von Außendurchmesser und erstem Durchmesser zueinander wird eine zweite anströmbare Fläche (A2; Bezugszeichen 31 in 4) gebildet und zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser eine erste anströmbare Fläche (A1; Bezugszeichen 30 in 4) gebildet, die ein günstiges Verhältnis zueinander aufweisen. Die erste anströmbare Fläche (A1) in dem Schaltzustand, bei dem der Schaltkörper am ersten Anschlag anliegt, ergibt sich aus der Differenz des inneren Durchlassquerschnitts des Schaltkörpers, also mit dem zweiten Durchmesser (Bezugszeichen 18 in 4), zur kleinsten durchströmbaren Fläche des Schaltkörpers, also mit dem ersten Durchmesser (Bezugszeichen 17 in 4). Die zweite anströmbare Fläche in dem zweiten Schaltzustand, wenn der Schaltkörper an dem Blendenelement anliegt, (A2) ergibt sich aus der Differenz der zum Eingang hin freiliegenden Fläche, also mit dem Außendurchmesser des Schaltkörpers (Bezugszeichen 16 in 4) zur kleinsten durchströmbaren Fläche, als mit dem ersten Durchmesser des Schaltkörpers (Bezugszeichen 17 in 4). Die anströmbare Fläche wenn des Schaltkörper an dem ersten Anschlag anliegt (A1) ist viel kleiner als die anströmbare Fläche (A2) des Schaltkörpers, wenn dieser an dem Blendenelement anliegt, bevorzugt weniger als 25% bis weniger als 15 % der anströmbaren Fläche wenn die Blende auf dem Gehäuse aufliegt beträgt.
-
Mit der hier vorgeschlagenen Drosseleinheit ist es möglich, die durchströmbare erste anströmbare Fläche (A
1) des Schaltkörpers, wenn dieser an dem ersten Anschlag anliegt, gering zu halten. Hierdurch kann, bei einem zum Stand der Technik unveränderten Kammerdurchmesser, im abgehobenen Zustand, bis der Schaltkörper an dem Blendenelement anliegt (A
2), auf eine enge Toleranz zwischen dem Schaltkörper und Kammerwand verzichtet werden. Der maximal erlaubte Druckabfall (Δp
max) über einem Spalt ist nämlich reziprok abhängig von dem Verhältnis zwischen der ersten (aufliegend) anströmbaren Fläche (A
1) und der zweiten (abgehobenen) anströmbaren Fläche (A
2):
-
Somit ist es möglich, mit geringeren Fertigungstoleranzen eine verbesserte Charakteristik der Drosseleinheit zu erreichen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit sind der Durchlass und die zumindest eine erste Öffnung zentral angeordnet und die zumindest eine zweite Öffnung zum Zentrum beabstandet angeordnet ist.
-
Durch die zentrale Anordnung des Durchlasses und der zumindest einen ersten Öffnung ist der Aufbau der Drosseleinheit insgesamt besonders einfach gestaltet. Darüber hinaus kann ein symmetrisches Strömungsverhalten erzeugt werden, welches gut berechenbar ist und zu einer gleichmäßigen Kraftausübung auf den Schaltkörper führt.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit ist das Blendenelement mit der Positioniereiheit einstückig ausgebildet.
-
Wird über die Positioniereinheit der Federweg des elastischen Elements stärker als vorgesehen verkürzt, wird über die einstückige Ausbildung des Blendenelements mit der Positioniereinheit zu dem der Weg des Schaltkörpers verkürzt. Dies ist jedoch nicht von Nachteil, weil es hauptsächlich auf die anfängliche Überwindung der Kraft in der Position des Schaltkörpers am ersten Anschlag ankommt. Insgesamt wird der Aufwand dadurch deutlich erleichtert und die Anzahl der Teile weiter reduziert.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit ist der Eingangsdurchmesser des Eingangs kleiner als der zweite Durchmesser des Durchlasses des Schaltkörpers und der Eingangsdurchmesser im Zusammenbau in der axialen Projektion innerhalb des zweiten Durchmessers angeordnet.
-
Durch die Ausführungsform wird sichergestellt, dass in dem Zustand, in welchem der Schaltkörper am ersten Anschlag anliegt die hydraulische Flüssigkeit hauptsächlich in den Durchlass einströmt und somit die Kraftausübung auf die erste anströmbare Fläche (A1) zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser ausgeübt wird. Vorteilhafter weise ist hierbei der erste Durchmesser kleiner als der Eingangsdurchmesser, so dass hier immer ein gewisser Drosseleffekt auftritt. Somit wird vermieden, dass der Eingangsdurchmesser Einfluss auf das Schaltverhalten des Schaltkörpers nimmt.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drosseleinheit weist die Schalteinheit eine Leitfläche auf, die im vom Anschlag beabstandeten Zustand das Fluid teilweise hin zum Spalt zwischen der Kammerwand und dem Außendurchmesser leitet.
-
Bei einem geeigneten Flächenverhältnis, bevorzugt wie oben beschrieben, kann ein Spalt zwischen dem Schaltkörper und der Kammerwand vorliegen, welcher die Funktion der Drosseleinheit nicht wesentlich verschlechtert. Je nach Größe des Flächenverhältnisses zwischen der ersten Fläche (A1) zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser des Schaltkörpers und der zweiten Fläche (A2) zwischen dem ersten Durchmesser und dem Außendurchmesser des Schaltkörpers kann der Druckverlust trotz eines großen Spalts außen drumherum zu einer zuverlässigen Verschiebung des Schaltkörpers führen. Somit kann die Toleranz der Maße des Schaltkörpers groß sein und zugleich kann sich ein Lagerungsfilm zwischen der dem Außenumfang und der Kammerwand ausbilden, der ein leichteres Bewegen des Schaltkörpers zwischen dem ersten Anschlag und der Blende ermöglicht und wiederum einen größeren Druckverlust ermöglicht, weil die Schubkraft geringer ausgebildet sein kann. Zudem kann eine Strömung am Außendurchmesser des Schaltkörpers zu einem Mitnahmeeffekt aufgrund der Reibung führen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang und mit einem hydraulischen Rücksystem vorgeschlagen, welches einen Nehmerzylinder, einen Geberzylinder und eine Drosseleinheit gemäß der obigen Beschreibung aufweist, wobei der Eingang zum Nehmerzylinder und der Ausgang zum Geberzylinder gerichtet ist.
-
Über die Abtriebswelle wird von einer Antriebseinheit ein Drehmoment abgegeben, welches von dem Antriebstrang in eine Bewegung oder Kraft umgewandelt wird. Die Reibkupplung stellt eine Verbindung zwischen Abtriebswelle und dem Antriebsstrang her, beziehungsweise macht diese Verbindung lösbar. Dieses Lösen beziehungsweise Schalten der Reibkupplung wird über ein hydraulisches Rücksystem umgesetzt. Dieses Rücksystem trennt oder verbindet die Reibpartner des Reibpakets der Reibkupplung, so dass ein Drehmoment übertragen wird oder getrennt wird. Dazu weist das hydraulische Rücksystem einen Nehmerzylinder auf, welcher auf das Reibpaket wirkt und weiterhin einen Geberzylinder, welcher die gewünschte Schaltkraft erzeugt. Zwischen dem Nehmerzylinder und dem Geberzylinder ist eine Drosseleinheit nach der obigen Beschreibung vorgesehen, so dass der Volumenstrom beim Durchströmen begrenzt wird. Gibt der Geberzylinder einen erhöhten Druck vor, so liegt ein positives Druckgefälle vom Ausgang hin zum Eingang vor. Hierdurch liegt der Schaltkörper beabstandet von dem Blendenelement an dem ersten Anschlag der Kammer an und das Blendenelement ist durch alle Öffnungen durchströmbar. Liegt hingegen ein negativer Druck an, das heißt am Eingang beziehungsweise am Nehmerzylinder ein erhöhter Druck gegenüber dem Ausgang beziehungsweise dem Geberzylinder, so bleibt der Schaltkörper aufgrund des elastischen Elements weiterhin vom Blendenelement beabstandet an dem ersten Anschlag der Kammer liegen. Wird die Strömung so hoch gesteigert bis der negative Druck so groß wird, dass die Kraft des elastischen Elements überwunden wird, so wird der Schaltkörper gegen das Blendenelement gedrückt, so dass allein die zumindest eine erste Öffnung durchströmbar ist. Hierdurch wird die Strömung gedrosselt.
-
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
-
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
-
1: Eine Drosseleinheit im Schnitt im Normalzustand;
-
2: Eine Drosseleinheit im Schnitt mit ausgerücktem Schaltkörper;
-
3: Draufsicht auf ein Blendenelement in einer Kammer;
-
4: Darstellung des Verhältnisses von einer ersten Fläche zu einer zweiten Fläche des Schaltkörpers;
-
5 Einen Drehmomentbegrenzer mit Drosseleinheit; und
-
6: Eine Reibkupplung mit hydraulischen Rücksystem
-
In 1 ist eine Drosseleinheit 1 gezeigt, bei der sich der Schaltkörper 12 am ersten Anschlag 11 befindet. Der Schaltkörper 12 wird durch ein elastisches Element 13, welches an einem Positionierelement 15 abgestützt ist gegen den ersten Anschlag 11 gedrückt. Die Positioniereinheit 15 ist hier einstückig mit dem Blendenelement 8 gebildet, und ist hier zudem als Einschubkonus ausgebildet. Somit ist über die Positioniereinheit 15 das elastische Element 13 einstellbar. Das Blendenelement 8 weist hier eine zentrale erste Öffnung 9 auf und im Schnitt erkennbar eine weitere zweite Öffnung 10 welche in diesem Zustand von dem Fluid 6 in beiden Richtungen frei durchströmbar sind. Ebenfalls beim Zentrum 20 befindet sich der Durchlass 14 des Schaltkörpers 12, wobei auf der Seite des Ausgangs 7 der Durchlass 14 einen ersten Durchmesser 17 aufweist welcher kleiner ist als sein eingangsseitiger zweiter Durchmesser 18, welcher wiederum kleiner ist als der Außendurchmesser 16 des Schaltkörpers 12. Der Eingangsdurchmesser 21 auf der Seite des Eingangs 5 ist kleiner als der zweite Durchmesser 18, wodurch das Fluid 6 im normalen Zustand sicher in den Durchlass 14 des Schaltkörpers eingeleitet wird. Weiterhin ist zu erkennen, dass der Blendendurchmesser 19 kleiner ist als der erste Durchmesser 17 des Schaltkörpers 12. Der Schaltkörper 12 liegt mit seinem Außendurchmesser 16 an der Kammerwand 24 der Kammer 4 an, so dass der Schaltkörper 12 in der Kammer 4 geführt vom ersten Anschlag 11 zum Blendenelement 8 verschiebbar ist.
-
In 2 ist dieselbe Anordnung einer Drosseleinheit 1 wie in 1 gezeigt, wobei sich hier der Schaltkörper 12 am zweiten Anschlag also an dem Blendenelement 8 befindet. Hierbei ist zu erkennen, dass durch den Durchlass 14 des Schaltkörpers 12 nur noch die erste Öffnung 9 von dem Fluid 6 im Zentrum 20 durchströmbar ist. Weiterhin ist hier zu erkennen, dass der Schaltkörper 12 eine Leitfläche 22 aufweist, die in einem Zwischenzustand das Fluid 6 in den durchströmbaren Spalt 23 zwischen dem Schaltkörper 12 und der Kammer 4 leitbar ist. In diesem Zustand ist jedoch durch Anliegen des Schaltkörpers 12 an dem Blendenelement 8 keine Durchströmung des Kanals 23 möglich. Das elastische Element 13 ist nun voll gestaucht und der Schaltkörper 12 von dem eingangsseitigen Anschlag 11 beabstandet.
-
Fin 3 ist eine Draufsicht auf das Blendenelement 8 in der Kammer 4 wie in den 1 und 2 gezeigt, wobei hier zu erkennen ist, dass zentral eine erste Öffnung 9 mit einem konischen Einlass und mehrere zweite Öffnungen 10 vorgesehen sind. Das Blendenelement 8 ist von einem elastischen Element 13 umgeben. Die Ansicht erfolgt also hier vom Eingang 5.
-
In 4 sind die erste Fläche 30 und die zweite Fläche 31 dargestellt, welche jeweils durch die gestrichelten Linien begrenzt sind. Die erste Fläche 30 ist zwischen dem ersten Durchmesser 17 und dem zweiten Durchmesser 18 gebildet und die zweite Fläche 31 ist zwischen dem ersten Durchmesser 17 und dem Außendurchmesser 16 gebildet. Auch diese Ansicht auf den Schaltkörper 12 erfolgt eingangsseitig.
-
In 5 ist schematisch ein Drehmomentbegrenzer 2 gezeigt, in dem eine Drosseleinheit 1 angeordnet ist. Hierbei sind der Nehmerkolben 32 und der Geberkolben 33 nah beim Eingang 5 beziehungsweise beim Ausgang 7 angeordnet gezeichnet, allein um den Funktionszusammenhang zu verdeutlichen.
-
In 6 ist eine Reibkupplung 3 mit einem hydraulischen Rücksystem 27 gezeigt, bei dem ein Nehmerkolben 32 des hydraulischen Rücksystems 27 auf ein Reibpaket 34 in konventioneller Weise wirkt. Mit der Reibkupplung 3 wird eine Abtriebswelle 25, z.B. von einer Antriebseinheit, mit einem Antriebsstrang 26, von dem hier nur zum Beispiel eine Getriebewelle gezeigt ist, lösbar verbindbar. Das hydraulische Rücksystem 27 umfasst dabei einen Geberkolben 33 der in einem Geberzylinder 29 beweglich ist und über einen Drehmomentbegrenzer 2 mit einem Nehmerzylinder 28 verbunden ist, welcher wiederum auf einen Nehmerkolben 32 wirkt.
-
Mit der hier vorgeschlagenen Drosseleinheit ist es möglich mit wenigen Bauteilen eine maximale Einrückgeschwindigkeit im Bedarfsfall zu begrenzen und im Übrigen eine freie und schnelle Beweglichkeit der Kolben eines hydraulischen Rücksystems zu gewährleisten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drosseleinheit
- 2
- Drehmomentbegrenzer
- 3
- Reibkupplung
- 4
- Kammer
- 5
- Eingang
- 6
- Fluid
- 7
- Ausgang
- 8
- Blendenelement
- 9
- erste Öffnung
- 10
- zweite Öffnung
- 11
- erster Anschlag
- 12
- Schaltkörper
- 13
- elastisches Element
- 14
- Durchlass
- 15
- Positioniereinheit
- 16
- Außendurchmesser
- 17
- erster Durchmesser
- 18
- zweiter Durchmesser
- 19
- Blendendurchmesser
- 20
- Zentrum
- 21
- Eingangsdurchmesser
- 22
- Leitfläche
- 23
- Spalt
- 24
- Kammerwand
- 25
- Abtriebswelle
- 26
- Antriebsstrang
- 27
- hydraulisches Rücksystem
- 28
- Nehmerzylinder
- 29
- Geberzylinder
- 30
- erste Fläche
- 31
- zweite Fläche
- 32
- Nehmerkolben
- 33
- Geberkolben
- 34
- Reibpaket
