DE10226147B3

DE10226147B3 - Steuerbare Viscokupplung

Info

Publication number: DE10226147B3
Application number: DE10226147A
Authority: DE
Inventors: Georg Kwoka; Adrian Dipl.-Ing. Chludek
Original assignee: GKN Viscodrive GmbH
Current assignee: GKN Viscodrive GmbH
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: US20040020739A1; US6874605B2; JP2004132540A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Viscokupplung zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse Z drehbaren Kupplungsteilen, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Die Viscokupplung umfaßt ein erstes Kupplungsteil 2, ein zweites Kupplungsteil 3, wobei erstes und zweites Kupplungsteil eine abgedichtete Ringkammer 7 bilden, erste Lamellen 12, die drehfest mit dem ersten Kupplungsteil 2 verbunden sind, zweite Lamellen 13, die mit dem zweiten Kupplungsteil 3 drehfest verbindbar sind, ferner steuerbare Verbindungsmittel 14 zum Schalten zwischen einer Offenstellung, in der die zweiten Lamellen 13 relativ zum zweiten Kupplungsteil 3 frei drehbar sind, und einer Schließstellung, in der die zweiten Lamellen 13 mit dem zweiten Kupplungsteil 3 drehfest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Viscokupplung zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse drehbaren Kupplungsteilen, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.

Aus der DE 38 34 555 C1 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung für die wahlweise Zuschaltung oder Sperrung der Differentialwirkung des Antriebs der Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges bekannt. Diese weist ein als Nabe ausgebildetes erstes Kupplungsteil und ein hierzu um eine gemeinsame Achse drehbares und als Gehäuse ausgebildetes zweites Kupplungsteil auf. Die Nabe und das Gehäuse bilden gemeinsam eine abgedichtete Ringkammer, in der Innenlamellen und Außenlamellen in Längsrichtung abwechselnd aufgenommen sind. Die Innenlamellen sind mit der Nabe drehfest und axial verschiebbar verbunden. Die Außenlamellen sind lose zwischen im Gehäuse drehfest und axial verschiebbar aufgenommenen Stützringen eingelegt. Durch Aktivieren einer Betätigungseinrichtung wird eine Axialkraft erzeugt, so daß die Stützringe axial mit Druck beaufschlagt werden und so in Reibschluß mit den dazwischen aufgenommenen Lamellen bringbar sind. Auf diese Weise kann die Drehmomentübertragungskapazität gesteuert und an die jeweiligen gewünschten Arbeitsverhältnisse angepaßt werden. Nachteilig an dieser Flüssigkeitsreibkupplung zum Steuern der Drehmomentübertragungskapazität ist, daß der Aufbau nicht zuletzt durch die Vielzahl der Bauteile relativ komplex ist.

Aus der DE 199 18 411 A1 ist eine steuerbare Viscokupplung bekannt. Im Unterschied zur obigen Kupplung sind in der Ringkammer drei funktionell unterschiedliche Sätze von Kupplungslamellen angeordnet, von denen jeder innere erste Lamellen und äußere zweite Lamellen umfaßt. Die Lamellen des ersten Satzes sind dabei drehfest mit dem jeweiligen Kupplungsteil verbunden. Zum Anpassen der Viscokupplung an verschiedene Fahrzustände des Kraftfahrzeuges sind die beiden übrigen Sätze, welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen, mit Kupplungsscheiben zum Ankoppeln oder Trennen der außeren zweiten Lamellen an das bzw. vom Gehäuse versehen. Auf diese Weise läßt sich die Drehmomentübertragungskapazität genauer an die vorliegenden Arbeitsverhältnisse anpassen.

Die DE 37 43 474 A1 zeigt eine über eine Schalteinrichtung zuschaltbare Flüssigkeitsreibungskupplung. Diese umfaßt ein Gehäuse, eine darin drehbar aufgenommene Nabe sowie wechselweise dem Gehäuse oder der Nabe drehfest und sich überlappend zugeordnete Außen- und Innenlamellen. Eine Hülse, welche mit ihrer Außenumfangsfläche in einer Bohrung eines Kupplungsringes aufgenommen ist, ist koaxial zum Gehäuse angeordnet, wobei zwischen diesen beiden Bauelementen ein flüssigkeitsdichter Ringspalt ausgebildet ist. Durch Beaufschlagung des Ringspalts mit einem Druckmittel kann die Hülse mit dem Kupplungsring in Reibschluß gebracht werden, so daß die mit dem Gehäuse verbundenen Außenlamellen gemeinsam mit dem Kupplungsring relativ zu den mit der Nabe verbundenen Innenlamellen drehen.

Aus der US 4 226 303 ist ein hydraulisches Dämpferelement zum Einsatz in einem Stativkopf, auf den Foto- oder Filmkameras montierbar sind, bekannt. Das Dämpferelement umfaßt axial abwechselnd angeordnete Lamellen, von denen die Innenlamellen mit einer Nabe drehfest verbunden sind und die Außenlamellen in einem zur Nabe drehbar angeordneten Gehäuse festgehalten sind. Das Gehäuse weist radial außen eine Verzahnung auf, in die eine im Stativkopf axial verschieblich gelagerte Schubstange eingreifen kann. Durch Verzahnungseingriff dreht das Gehäuse des Dämpferelements gemeinsam mit dem Gehäuse des Stativkopfes. Durch die Relativverdrehung der Innenlamellen zu den Außenlamellen entstehen Scherkräfte in dem mit Öl gefüllten Dämpferelement, so daß die Rotation der Nabe gleichförmig und ruckfrei ist.

Eine weitere Viscokupplung nach oben genannter Art ist aus der DE 34 31 717 C1 bekannt. Diese weist einen Satz von drehfest mit der Nabe verbundenen Innenlamellen und axial abwechselnd hierzu angeordnete und mit einem rohrförmigen Außenteil drehfest verbundene Außenlamellen auf. In einer zwischen dem rohrförmigen Außenteil und einem koaxial hierzu angeordneten Gehäuse gebildeten Ringraum ist eine Schlingfederkupplung vorgesehen. Diese ist mit der Viscokupplung in Reihe geschaltet und bewirkt einen Reibschluß zwischen dem rohrförmigen Außenteil und dem Gehäuse bei Relativverdrehung dieser beiden Bauteile zueinander.

Aus der EP 0 193 704 A1 ist ein Mittendifferential mit einer Lamellenkupplung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Lamellenkupplung ist so gestaltet, daß sie bei Drehmomentübertragung von der Vorderachse zur Hinterachse eine andere Drehmoment-Drehzahldifferenz-Kennlinie aufweist als bei Drehmomentübertragungen von der Hinterachse zur Vorderachse. Bei Drehmomentübertragungen in der einen Richtung stehen nur eine Teilanzahl der Innenlamellen mit den Außenlamellen in Antriebsverbindung, wogegen die anderen Innenlamellen über einen Freilauf abgekoppelt sind.

Die DE 37 26 207 A1 zeigt eine Viscokupplung mit einem ähnlichen Aufbau. Diese weist zwei axial benachbart zueinander angeordnete unterschiedliche Sätze von Kupplungslamellen auf, von denen ein Satz von Kupplungslamellen mittels eines Einweg-Kupplungsmechanismus schaltbar ist. Auf diese Weise wird in der Viscokupplung eine größere Scherkraft erzeugt, so daß ein größeres Drehmoment zwischen der Nabe und dem Gehäuse übertragen werden kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine steuerbare Viscokupplung zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse drehbaren Kupplungsteilen, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, vorzuschlagen, welche einfacher aufgebaut ist und eine schnelle und direkte Anpassung an verschiedene Fahrzustände des Kraftfahrzeuges ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer steuerbaren Viscokupplung zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse drehbaren Kupplungsteilen, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend:
ein erstes Kupplungsteil,
ein zweites Kupplungsteil,
wobei erstes und zweites Kupplungsteil eine abgedichtete Ringkammer bilden, die zumindest teilweise mit einem hochviskosen Medium gefüllt ist, erste Lamellen, die drehfest mit dem ersten Kupplungsteil verbunden sind, zweite Lamellen, die dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbindbar sind, wobei die ersten und die zweiten Lamellen in Längsrichtung abwechselnd in der Ringkammer angeordnet sind,
steuerbare Verbindungsmittel, die zwischen einer Offenstellung, in der die zweiten Lamellen relativ zum zweiten Kupplungsteil frei drehbar sind, und einer Schließstellung, in der die zweiten Lamellen mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbunden sind, verstellbar sind, wobei die Verbindungsmittel im zweiten Kupplungsteil gehalten sind und die zweiten Lamellen radial unmittelbar an deren Außenumfang beaufschlagen.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Viscokupplung während eines Regeleingriffs eines Fahrdynamikregelsystems in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges schnell ganz freigeschaltet werden kann. Auf diese Weise werden die beiden durch die Viscokupplung miteinander antriebsverbundenen Antriebsteile vollständig voneinander entkoppelt, so daß sie keinen Einfluß mehr aufeinander nehmen können. Dies ist insbesondere bei Aktivieren eines Anti-Blockier-Systems (ABS) oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) von großer Wichtigkeit, damit der Eingriff optimiert erfolgen kann. Dadurch, daß die Verbindungsmittel radial am Außenumfang der zweiten Lamellen angreifen, können diese auf einfache Weise gleichzeitig angekoppelt bzw. freigeschaltet werden. Es ist eine Betätigungsvorrichtung zum Steuern der Verbindungsmittel vorzusehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zweiten Lamellen mit den Verbindungsmitteln in Schließstellung reibschlüssig verbunden sind. In einer hierzu anderen Variante sind die zweiten Lamellen mit den Verbindungsmitteln in Schließstellung formschlüssig verbunden.

In Konkretisierung der Erfindung bilden die zweiten Lamellen vorzugsweise die Außenlamellen, wobei die Verbindungsmittel zwischen den Außenlamellen und dem zweiten Kupplungsteil in Form eines Rotationsgehäuses wirksam sind. Dadurch, daß der zur Verfügung stehende Bauraum im radial äußeren Bereich der Viscokupplung größer ist als radial innen, können die Verbindungsmittel hier leicht untergebracht werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Verbindungsmittel zumindest ein Keilelement, welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial verschiebbar ist, und zumindest eine Bremsbacke, welche auf der Außenseite eine in axialer Richtung steigende Keilfläche umfaßt, die vom Keilelement betätigt wird, und auf die zweiten Lamellen einwirkt, aufweisen.

Dabei ist die Bremsbacke vorzugsweise in einer Ausnehmung an der Innenseite des zweiten Kupplungsteiles schwenkbar um eine zur Längsachse parallele Kippachse gelagert. Im Querschnitt betrachtet weist die Bremsbacke ferner eine konkave Innenfläche zum reibschlüssigen Verbinden mit den zweiten Lamellen und eine konvexe Außenfläche auf. Zwischen dieser konvexen Außenfläche und der Ausnehmung ist ausreichend Spiel vorhanden, um eine Kippbewegung der Bremsbacke auf die Lamellen zu bzw. von diesen weg zu ermöglichen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Bremsbacke an der Außenfläche zumindest einen sich insbesondere über die gesamte Länge erstreckenden radial nach außen gerichteten Vorsprung auf, welcher in eine entsprechende Ausnehmung des zweiten Kupplungsteiles eingreift und als Widerlager dient und insbesondere zur Aufnahme von Umfangskräften auf die Bremsbacke, aber auch zur radialen Abstützung. Mit diesem Vorsprung ist die Bremsbacke sicher am zweiten Kupplungsteil um die Kippachse schwenkbar gehalten.

Das Keilelement ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Kupplungsteil und der Bremsbacke wirksam, wobei es – im Querschnitt betrachtet – eine radiale Kraft auf die Bremsbacke mit Abstand zur Kippachse ausübt oder diese freigibt. Durch Verschieben des Keilelementes von der ersten in die zweite Position wird die Bremsbacke radial beaufschlagt und schwenkt um ihre Kippachse in Richtung Lamellen, so daß diese mit dem zugehörigen Kupplungsteil drehfest verbunden werden. Dadurch, daß sich die Bremsbacke über die gesamte Länge des Ringraums der Kupplung erstreckt, wirkt sie auf alle zweiten Lamellen gleichzeitig.

In einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, daß der zumindest eine Vorsprung außen an der Bremsbacke zumindest eine Keilfläche und die entsprechende Ausnehmung jeweils eine Gegenfläche aufweist, die zusammenwirken und unter dem Einfluß von Umfangskräften auf die Bremsbacke diese nach radial innen drücken. Vorzugsweise können zwei entgegengesetzte Keilflächen und entsprechende Gegenflächen vorgesehen sein, so daß bei Umfangskräften auf die Bremsbacke nach einem Betätigen des Keilelements eine selbstverstärkende Wirkung in beiden relativen Drehrichtungen zwischen den beiden Kupplungsteilen erzeugt wird.

Es ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Keilelement in eine sich längs erstreckende Nut in der konvexen Außenfläche der Bremsbacke einerseits und in eine sich längs erstreckende Nut an der Innenseite des zweiten Kupplungsteiles andererseits eingreift. Auf diese Weise ist das Keilelement bei der Verschiebebewegung sicher geführt.

In bevorzugter Ausführungsform hat das Keilelement eine Stützfläche, welche zumindest mittelbar gegen eine hierzu parallele Gegenfläche des zweiten Kupplungsteiles abgestützt ist, und eine zur Stützfläche auf gekeilte Druckfläche, welche zum Beaufschlagen einer der Keilfläche der zugehörigen Bremsbacke dient. Durch die keilförmige Gestalt des Keilelementes wird erreicht, daß die Bremsbacke durch Verschieben im Sinne einer sich vergrößernden Höhe des Keilelementes radial beaufschlagt und an die Mantelfläche der zweiten Lamellen gepreßt werden kann. Durch Verschieben im Sinne einer sich verringernden Höhe des Keilelementes wird die Bremsbacke wieder freigegeben und kann zurückschwenken, so daß die Lamellen nicht mehr geklemmt werden.

Dabei ist in Konkretisierung vorgesehen, daß das Keilelement in der Stützfläche und in der Druckfläche über seine Länge verteilt eine Mehrzahl von länglichen Taschen aufweist, in denen Wälzkörper zur Reibminderung im Kontaktbereich zu der jeweiligen Gegenfläche angeordnet sind, wobei die Wälzkörper über die Stützfläche und über die Druckfläche hinausragen. Diese Ausgestaltung wirkt sich reibmindernd auf die Bewegung des Keilelementes relativ zum zweiten Kupplungsteil bzw. relativ zur Bremsbacke aus. Somit wird ein Verklemmen des Keilelementes beim Verschieben in die eingerückte oder ausgerückte Position verhindert. Die Länge der Taschen ist vorzugsweise größer als der maximal zurücklegbare Weg des Keilelementes zwischen der eingerückten Stellung und der ausgerückten Stellung. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Wälzkörper über den gesamten zurücklegbaren Verschiebeweg des Keilelementes auf der jeweiligen Gegenfläche abrollen, und nicht ins Gleiten kommen.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Betätigungsvorrichtung einen Elektromagneten und eine Ankerplatte umfaßt, welche zum Elektromagneten mit axialem Abstand angeordnet ist und von Federmitteln in Richtung vom Elektromagneten weg beaufschlagt ist. Der Elektromagnet ist mittels eines Wälzlagers am zweiten Kupplungsteil koaxial zu diesem drehbar und axial zu diesem unbeweglich gelagert. Das Keilelement ist mit der Ankerplatte fest verbunden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind drei Gruppen von Verbindungsmitteln mit je einem Keilelement und je einer Bremsbacke vorgesehen, welche um die Längsachse regelmäßig umfangsverteilt angeordnet sind, wobei die drei Keilelemente mit der Ankerplatte fest verbunden sind und beim Schalten der Betätigungseinheit gleichzeitig verschoben werden. Durch die Verwendung mehrerer Gruppen von Verbindungsmitteln kann die wirksame Bremskraft zum Herstellen des Reibschlusses zwischen den Lamellen und dem zweiten Kupplungsteil vergrößert werden. Außerdem ergibt sich aufgrund der Symmetrieverhältnisse eine günstige Kraftverteilung zwischen dem Kupplungsteil und den Lamellen, so daß das Krafteck geschlossen ist und die Lamellen in ihrer auf der Längsachse zentrierten Position gehalten werden.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Viskokupplung ist wie folgt: Durch Einschalten des Elektromagneten wird die Anker platte an diesen angezogen. Hierdurch werden die Keilelemente, welche fest mit der Ankerplatte verbunden sind, axial in Richtung zum Elektromagneten verschoben; die Bremsbacken werden freigegeben und schwenken um die Kippachse von den zweiten Lamellen weg, so daß letztere gegenüber dem zweiten Kupplungsteil frei drehen können (Offenstellung). Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Viscokupplung bei Eingriffen eines elektronischen Fahrdynamikregelsystems in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs nicht entgegenwirkt. Durch Ausschalten des Elektromagneten wird die Ankerplatte mittels der Federmittel beaufschlagt, wodurch die Keilelemente axial in Richtung vom Elektromagneten weg verschoben werden; die Bremsbacken werden von den Keilelementen in Richtung zweite Lamellen beaufschlagt. Auf diese Weise werden die zweiten Lamellen mit dem zweiten Kupplungsteil schlüssig verbunden und drehen gemeinsam um die Längsachse (Schließstellung).

Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch die kinematische Umkehrung des obigen erfinderischen Prinzips erforderlich sein. Dann sind die Bremsbacken und die Keilelemente so zu gestalten, daß die zweiten Lamellen in ausgeschaltetem Zustand des Elektromagneten und damit von den Federmitteln beaufschlagter Ankerplatte gegenüber dem zweiten Kupplungsteil frei drehen können, während sie bei eingeschaltetem Elektromagneten mit dem zweiten Kupplungsteil mittelbar reibschlüssig verbunden sind und gemeinsam um die Längsachse drehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße schaltbare Viscokupplung im Längshalbschnitt;
2 die Viscokupplung nach 1 im Querschnitt gemäß der Schnittlinie A-A;
3 eine Betätigungseinheit nach 2 im Detail;
4 das Detail X einer Betätigungseinheit aus 1 im Längshalbschnitt.
In 1 ist eine Viscokupplung 1 gezeigt, die im wesentlichen aus zwei Kupplungsteilen besteht. Das erste Kupplungsteil ist in Form einer Nabe 2 ausgebildet und hat an einem Ende einen Zapfen 4 mit einer Längsverzahnung zum drehfesten Anschließen an eine nicht näher dargestellte Welle. Auf diese Weise kann die Nabe 2 um eine Längsachse Z drehend angetrieben werden. Das zweite Kupplungsteil ist in Form eines Gehäuses 3 gestaltet, welches koaxial mittels Wälzlager 5, 6 auf der Nabe 2 um diese drehbar gelagert ist. Zwischen der Nabe 2 und dem Gehäuse 3 ist eine zylindrische Ringkammer 7 gebildet, welche mittels Dichtungsmitteln 8, 9 nach außen abgedichtet und mit einem nicht näher dargestellten hochviskosen Medium befüllt ist.
Die Nabe 2 hat eine Außenverzahnung 11, auf der erste Lamellen 12 drehfest und axial schwimmend gehalten sind. In Längsrichtung sind jeweils abwechselnd mit den ersten Lamellen zweite Lamellen 13 vorgesehen, die radial über die ersten Lamellen 12 hinausragen und mit dem Gehäuse 3 durch einen Schaltvorgang drehfest verbunden oder von diesem freigegeben werden können. Hierfür sind, wie aus 2 hervorgeht, drei steuerbare Verbindungsmittel 14, 14', 14'' vorgesehen, welche um die Längsachse Z regelmäßig umfangsverteilt angeordnet sind und von einer Betätigungsvorrichtung 15 gemeinsam angesteuert werden.
Die Betätigungsvorrichtung 15 umfaßt einen Elektromagneten 16 sowie eine axial benachbart zu diesem angeordnete scheibenförmige Ankerplatte 17, welche von Federmitteln 18 vom Elektromagneten 16 weg in Richtung Ringraum 7 beaufschlagt wird. Der Elektromagnet 16 ist mittels eines Wälzlagers 19 an einem hülsenförmigen Ansatz 21 des Gehäuses 3 koaxial zu diesem drehbar und axial zu diesem unbeweglich gelagert. Die Ankerplatte 17 ist in Längsrichtung zwischen dem Elektromagneten 16 und dem Gehäuse 3 axial beweglich angeordnet. Dabei ist ein axialer Spalt in ungeschaltetem Zustand des Elektromagneten 16 zwischen diesem und der Ankerplatte 17 ausgebildet. Wird der Elektromagnet 16 aktiviert, wird die Ankerplatte 17 entgegen der Kraft der Federmittel 18 an diesen angezogen, so daß der Spalt geschlossen wird. Sobald der Elektromagnet 16 wieder ausgeschaltet wird, wird die Ankerplatte 17 freigegeben und aufgrund der Kraft der Federmittel 18 wieder in Richtung Ringraum 7 bewegt. Dies ist der Betriebszustand der Viscokupplung.
Mittels der Ankerplatte 17 werden die drei Verbindungsmittel 14, 14', 14'' betätigt (2). Da der Aufbau und die Funktionsweise der drei Verbindungsmittel gleich ist, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine stellvertretend für alle beschrieben.
Jede der drei Verbindungsmittel 14 weist ein Keilelement 22, welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial verschiebbar ist, und eine Bremsbacke 23 auf, welche vom Keilelement 22 betätigt wird. Das Keilelement 22 ist fest mit der Ankerplatte 17 verbunden, so daß es in geschaltetem Zustand des Elektromagneten 16 axial in dessen Richtung gezogen ist, wohingegen es im Betriebszustand axial in Richtung des entgegengesetzten Endes der Viscokupplung 1, an dem sich der Zapfen 4 befindet, geschoben ist. Das Keilelement 22 sitzt in einer parallel zur Längsachse Z verlaufenden Nut 24 an der Innenseite des Gehäuses 3 ein. Das Keilelement 22 hat eine Stützfläche 25, welche mittelbar gegen die durch den Boden der Nut 24 gebildete Gegenfläche 26 abgestützt ist, und eine hierzu winklig verlaufende Druckfläche 27, welche zum Beaufschlagen einer entsprechenden Keilfläche 28 der Bremsbacke 23 dient. In der Stützfläche 25 und in der Druckfläche 27 sind über die Länge des Keilelementes 22 verteilt eine Mehrzahl von länglichen Taschen 29 vorgesehen, in denen Wälzkörper 31 zur Reibminderung im Kontaktbereich zu den jeweiligen Gegenflächen 26, 28 angeordnet sind (4). Dabei ist der Durchmesser der einzelnen Wälzkörper 31 größer als die Tiefe der Taschen 29, damit die Stützfläche 25 bzw. die Druckfläche 27 außer Kontakt mit der jeweiligen Gegenfläche 26, 28 bleiben. Die Länge der Taschen 29 ist größer als der maximal zurücklegbare Verschiebeweg des Keilelementes 22 zwischen der ersten und der zweiten Position, damit die Wälzkörper 31 über den gesamten Verschiebeweg in rollendem Kontakt mit der jeweiligen Gegenfläche sind. In der Ausführung nach 3 laufen die Wälzkörper 31 in Rillen 37 der Nut 24 des Gehäuses 3 bzw. in Rillen 38 der Nut 36 der Bremsbacke 23. In der Ausführung nach 4 sind solche Rillen nicht vorgesehen, so daß die Bremsbacke 23 einen Freiheitsgrad in Umfangsrichtung hat.
Die Bremsbacke 23 erstreckt sich längs über die gesamte Länge des Ringraumes 7, so daß sie sämtliche zweite Lamellen 13 überdeckt. Die Bremsbacke 23 ist an der Innenseite des Gehäuses 3 um eine zur Längsachse Z parallele Kippachse Y schwenkbar gelagert und – im Querschnitt betrachtet – sichelförmig mit einer konkaven Innenfläche 32, deren Krümmung dem Außenradius der zweiten Lamellen 13 entspricht, und einer konvexen Außenfläche 33 gestaltet. Die Bremsbacke 23 hat an ihrem – im Querschnitt betrachtet – dickeren Ende an der Außenfläche 33 einen sich über die gesamte Länge erstreckenden radial nach außen gerichteten Vorsprung 34, welcher in eine entsprechende Ausnehmung 35 des Gehäuses 3 eingreift und als Widerlager um die Kippachse Y dient. Etwa in der Mitte zwischen dem dickeren Ende und dem sichelförmig zulaufenden Ende ist in der Außenfläche 33 eine längs verlaufende Nut 36 vorgesehen, deren Boden die Keilfläche 28 für die Druckfläche 27 des Keilelementes 22 bildet. Dabei ist die Keilfläche 28 – im Längsschnitt betrachtet, wie 4 zeigt – zur Innenfläche 32 der Bremsbacke 23 winklig angestellt.
Bei Betätigung der Bremsbacke 23 mittels des Keilelementes 22 schwenkt diese um die Kippachse Y nach radial innen. Der Vorsprung 34 und die Ausnehmung 35 haben nach 3 paarweise symmetrische Keilflächen 39, 40. Bei der Einwirkung von Umfangskräften auf die Bremsbacke 23 über die abgebremsten Lamellen 13 entstehen so in beiden relativen Drehrichtungen der Kupplungsteile zusätzliche radiale Kräfte an dem Vorsprung, die nach innen gerichtet sind und die Bremswirkung verstärken.
Die Funktionsweise der Bremsbacke 23 und das Zusammenwirken mit der Betätigungsvorrichtung 15 sind wie folgt:
Die Viscokupplung 1 ist im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist, welches ein elektronisches Regelsystem zur Regelung der Fahrdynamik aufweist. Dabei werden die steuerbaren Verbindungsmittel in Abhängigkeit von Fahrzustandsgrößen, die vom Regelsystem generiert werden, geschaltet. Im Normalbetrieb, das heißt bei ausgeschaltetem Elektromagneten 16, wird die Ankerplatte 17 mittels der Federmittel 18 in Richtung Ringraum 7 beaufschlagt. Hierdurch sind die Keilelemente 22, welche fest mit der Ankerplatte 17 verbunden sind, axial in Richtung vom Elektromagneten 16 weg verschoben und beaufschlagen über ihre gesamte Länge die Bremsbacken 23 nach radial innen. Auf diese Weise sind die Innenflächen 32 der Bremsbacken 23 reibschlüssig mit dem Außenumfang der zweiten Lamellen 13 verbunden, so daß sie gemeinsam um die Längsachse Z drehen. Diese Position wird als Schließstellung bezeichnet. Die Viscokupplung ist in Betrieb und vermag ein Drehmoment zwischen dem Gehäuse 3 und der Nabe 2 aufgrund von Scherkräften in dem hochviskosen Medium zu übertragen, die zwischen den ersten und zweiten Lamellen bei Relativdrehung entstehen.
Bei Erreichen bestimmter Fahrzustandsgrößen wird der Elektromagnet 16 eingeschaltet und die Ankerplatte 17 an diesen angezogen. Hierdurch rollen die Keilelemente 22, welche fest mit der Ankerplatte 17 verbunden sind, axial in Richtung zum Elektromagneten 16. Die Bremsbacken 23 sind somit freigegeben und werden nicht mehr nach radial innen beaufschlagt. Auf diese Weise ist die reibschlüssige Verbindung zwischen den Innenflächen 32 der Bremsbacken 23 und den Umfangsflächen der zweiten Lamellen 13 aufgehoben, so daß letztere gegenüber dem Gehäuse 3 nunmehr frei drehen können. Diese Position wird als Offenstellung bezeichnet. Die Viscokupplung 1 ist außer Betrieb und kann kein Drehmoment mehr zwischen den ersten und den zweiten Lamellen 12, 13 übertragen. Dies ist insbesondere bei Aktivieren eines Anti-Blockier-Systems (ABS) oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) von großer Wichtigkeit, damit die Viscokupplung dem Eingriff nicht entgegenwirkt.

1: Viscokupplung
2: erstes Kupplungsteil/Nabe
3: zweites Kupplungsteil/Gehäuse
4: Zapfen
5: Wälzlager
6: Wälzlager
7: Ringkammer
8: Dichtmittel
9: Dichtmittel
11: Außenverzahnung
12: erste Lamellen
13: zweite Lamellen
14, 14', 14'': Verbindungsmittel
15: Betätigungsvorrichtung
16: Elektromagnet
17: Ankerplatte
18: Federmittel
19: Wälzlager
21: Ansatz
22, 22', 22'': Keilelement
23, 23', 23'': Bremsbacke
24: Nut
25: Stützfläche
26: Gegenfläche
27: Druckfläche
28: Keilfläche/Gegenfläche
29: Tasche
31: Wälzkörper
32: Innenfläche
33: Außenfläche
34: Vorsprung
35: Ausnehmung
36: Nut
37: Rille
38: Rille
39: Keilfläche
40: Keilfläche
Z: Längsachse
Y: Kippachse

Claims

Steuerbare Viscokupplung zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse (Z) drehbaren Kupplungsteilen, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein erstes Kupplungsteil (2), ein zweites Kupplungsteil (3), wobei erstes und zweites Kupplungsteil eine abgedichtete Ringkammer (7) bilden, die zumindest teilweise mit einem hochviskosen Medium gefüllt ist, erste Lamellen (12), die drehfest mit dem ersten Kupplungsteil (2) verbunden sind, zweite Lamellen (13), die mit dem zweiten Kupplungsteil (3) drehfest verbindbar sind, wobei die ersten und die zweiten Lamellen (12, 13) in Längsrichtung abwechselnd in der Ringkammer (7) angeordnet sind, steuerbare Verbindungsmittel (14), die zwischen einer Offenstellung, in der die zweiten Lamellen (13) relativ zum zweiten Kupplungsteil (3) frei drehbar sind, und einer Schließstellung, in der die zweiten Lamellen (13) mit dem zweiten Kupplungsteil (3) drehfest verbunden sind, verstellbar sind, wobei die Verbindungsmittel (14) im zweiten Kupplungsteil (3) gehalten sind und die zweiten Lamellen (13) radial unmittelbar an deren Außenumfang beaufschlagen.
Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lamellen (13) mit den Verbindungsmitteln (14) in Schließstellung reibschlüssig verbunden sind.
Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lamellen ## mit den Verbindungsmitteln (14) in Schließstellung formschlüssig verbunden sind.
Viscokupplung mach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lamellen (13) die Außenlamellen bilden, wobei die Verbindungsmittel (14) zwischen den Außenlamellen und dem zweiten Kupplungsteil (3) in Form eines Rotationsgehäuses wirksam sind.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (14) zumindest ein Keilelement (22), welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial verschiebbar ist, und zumindest eine Bremsbacke (23), welche auf der Außenseite eine in axiale Richtung steigende vom Keilelement (22) betätigbare Keilfläche aufweist und auf die zweiten Lamellen (13) einwirkt, umfassen.
Viscokupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbacke (23) in einer Ausnehmung (35) an der Innenseite des zweiten Kupplungsteiles (3) schwenkbar um eine zur Längsachse (Z) parallele Kippachse (Y) gelagert ist.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbacke (23) an der Außenseite zumindest einen radial nach außen gerichteten Vorsprung (34) aufweist, welcher in eine entsprechende Ausnehmung (35) des zweiten Kupplungsteiles (3) eingreift und als Widerlager dient.
Viscokupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Vorsprung (34) zumindest eine Keilfläche und die entsprechende Ausnehmung (35) jeweils eine Gegenfläche aufweist, die zusammenwirken und unter dem Einfluß von Umfangskräften auf die Bremsbacke (23) diese nach radial innen drücken.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (22) zwischen dem zweiten Kupplungsteil (3) und der Bremsbacke (23) wirksam ist und – im Querschnitt betrachtet – eine radiale Kraft auf die Bremsbacke (23) mit Abstand zur Kippachse (Y) ausübt oder diese freigibt.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (22) in eine sich längs erstreckende Nut (36) in der konvexen Außenfläche (33) der Bremsbacke (23) einerseits und in eine sich längs erstreckende Nut (24) an der Innenseite des zweiten Kupplungsteiles (3) andererseits eingreift.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (22) eine Stützfläche (25), welche zumindest mittelbar gegen eine hierzu parallele Gegenfläche (26) des zweiten Kupplungsteiles (3) abgestützt ist, und eine zur Stützfläche (25) aufgekeilte Druckfläche (27), welche zum Beaufschlagen der Keilfläche (28) der zugehörigen Bremsbacke (23) dient, aufweist.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (22) in der Stützfläche (25) und in der Druckfläche (27) über seine Länge verteilt eine Mehrzahl von länglichen Taschen (29) aufweist, in denen Wälzkörper (31) zur Reibminderung im Kontaktbereich zu der jeweiligen Gegenfläche (26, 28) angeordnet sind, wobei die Wälzkörper (31) über die Stützfläche (25) bzw. über die Druckfläche (27) hinausragen.
Viscokupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Taschen (29) größer ist als der maximal zurücklegbare Weg des Keilelementes (22) zwischen der ersten und der zweiten Stellung.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betätigungsvorrichtung (15) einen Elektromagneten (16) und eine Ankerplatte (17) umfaßt, welche zum Elektromagneten (16) mit axialem Abstand angeordnet ist und von Federmitteln (18) in Richtung vom Elektromagneten (16) weg beaufschlagt ist.
Viscokupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (16) mittels eines Wälzlagers (19) am zweiten Kupplungsteil (3) koaxial zu diesem drehbar und axial zu diesem unbeweglich gelagert ist.
Viscokupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gruppen von Verbindungsmitteln (14, 14', 14'') mit je einem Keilelement (22, 22', 22'') und einer Bremsbacke (23, 23', 23'') vorgesehen sind, welche um die Längsachse (Z) regelmäßig umfangsverteilt angeordnet sind, wobei die drei Keilelemente (22, 22', 22'') mit der Ankerplatte (17) fest verbunden sind und beim Schalten der Betätigungsvorrichtung (15) gleichzeitig verschoben werden.