DE10350774A1 - Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung mit einem Steuerventil - Google Patents

Abstract

Eine drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung besteht aus einem in einem Gehäuse (25) rotierenden Triebgehäuse (27), einer hydrostatischen Verdrängungsmaschine (35), einer Abtriebswelle (30), wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Triebgehäuse (27) und der Abtriebswelle (30) in einer Druckkammer (4) ein Druck erzeugt wird. Um eine schnell und eigensichere Regelung und Anpassung der Wirkung zu erreichen, sind die erste und die zweite Öffnung (9, 10) jeweils über ein Steuerventil (20) mit dem Gehäuse (25) verbunden, so dass unabhängig von der Richtung der Differenzdrehzahl ein Steuereingriff sowohl an der jeweiligen Zufuhr- als auch an der Abfuhrseite der Verdrängungsmaschine erfolgt. Das Steuerventil wird von zwei Federn (71, 76) in seiner Neutralstellung gehalten, in die es schnell und bei Stromausfall zurückkehrt.

Description

• Die Erfindung handelt von einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bestehend aus einem in einem raumfesten und ein Reservoir für eine Arbeitsflüssigkeit bildenden Gehäuse rotierenden Triebgehäuse, einer in diesem untergebrachten hydrostatischen Verdrängungsmaschine, einer Abtriebswelle, wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Triebgehäuse und der Abtriebswelle in einer Druckkammer ein Druck erzeugt wird, und wobei die hydrostatische Verdrängungsmaschine über eine erste und eine zweite Öffnung für die Zu- und Abfuhr von Arbeitsmedium und über eine dritte und vierte Öffnung für die Verbindung mit der Druckkammer verfügt, wobei die erste und die zweite Öffnung jeweils über ein zweiflutiges Steuerventil mit dem Reservoir strömungsverbunden sind, daß das Steuerventil von einem in einer Büchse verschiebbaren Stellkolben gebildet ist, wobei die Büchse auf beiden Seiten Zutrittsöffnungen zum Reservoir besitzt und eine erste und eine zweite seitliche Steueröffnung hat, der Stellkolben in seinen beiden Endstellungen die erste bzw. die zweite Steueröffnung verschließt und in den Zwischenstellungen die beiden Steueröffnungen gegenläufig mehr oder minder schließt.
• Derartige Kupplungen finden in verschiedenen Konstellationen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Verwendung, zur direkten Übertragung eines Drehmomentes oder zur Sperrung eines verbundenen Differentialgetriebes für den Antrieb der Räder einer Achse oder für die Verteilung des Antriebsmomentes zwischen zwei Achsen. Bei Drehzahldifferenz führen zwei Teile (beispielsweise Antriebsgehäuse und Ausgangswelle) eine Relativbewegung aus und erzeugen so einen Druck, der auf die eine oder andere Weise zu einer Reduktion der Drehzahldifferenz führt, beispielsweise indem er den Kolben einer Reibungskupplung beaufschlagt.
• Das Stellsignal für das Steuerventil wird von einem Regler aus allerlei Betriebsgrößen ermittelt. Das Steuerventil ist entweder im rotierenden Teil oder im Gehäuse untergebracht.
• Aus der WO-OS 01/27487 ist eine gattungsgemäße Kupplung bekannt, bei der das Steuerventil aus einer Büchse und aus einem darin verschiebbaren Stellkolben besteht. Die Steuerung bewirkt eine Verschiebung des Stellkolbens. Bei dieser Kupplung besteht im Fahrbetrieb das Problem, dass die Neutralstellung des Stellkolbens nicht eindeutig definiert ist, sodass sie die Steuerung jedesmal erst suchen muss. In bestimmten Fahrsituationen (ABS - Bremsung) muss die Kupplung jedoch blitzschnell in die Neutralstellung zurückkehren. Bei Stromausfall wird der Kolben von der einen vorhandenen Feder in die entsprechende Endstellung gebracht. Aus Sicherheitsgründen muss er jedoch in die Neutralstellung zurückkehren.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Kupplung so weiterzuentwickeln, daß nebst einer feinfühligen, genauen und schnellen Regelung das eigensichere Zurückkehren des Steuerventiles in die neutrale Mittenstellung gewährleistet ist.
• Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß auf den Stellkolben zwei Federn wirken, von denen die erste Feder einerseits an einer Schulter des Gehäuses und andererseits an einem auf einer weiteren Schulter abgestützten Federteller anliegt, in dem die Kolbenstange begrenzt durch einen Anschlagring verschiebbar ist, und von denen die zweite Feder sich einerseits am Federteller und andererseits an einer dritten Schulter der Kolbenstange oder Zahnstange abstützt.
• Die erfindungsgemäße Anordnung löst diese Aufgabe. Das Zusammenwirken von Federn und Anschlägen bewirkt, dass die Neutralstellung des Steuerventiles ohne vorhergehende Kalibrierung exakt definiert ist und das der Kolben im Falle eines Defektes schnell in diese zurückkehrt. So kann das Fahrzeug sicher zu einer Werkstätte chauffiert werden. Weiters ist die Steuerung der Kupplung mit sehr geringer Verzögerung bei allen denkbaren Fahrzuständen gesichert. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen zum Gegenstand.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
• 1: Ein Schema einer erfindungsgemäßen Kupplung,
• 2: einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungform der Erfindung,
• 3: eine Ansicht von von vorne, teilweise aufgerissen,
• 4: das erfindungsgemäße Steuerventil im Längsschnitt.
• 5: Detail V in 4.
• 1 ist die hydrostatische Verdrängungsmaschine mit 1 und deren vier Öffnungen mit 9, 10, 11 und 12 bezeichnet, die zur Vereinfachung teilweise vereinigt sind. Von diesen besteht über das Rückschlagventil 22 eine Verbindung zu einer Druckkammer 4, die über einen Kolben 5 eine hier noch nicht dargestellte Lamellenkupplung zusammenpreßt. Über ein Drosselventil 7 und gegebenenfalls über einen Filter 6 ist die Verbindung zu einem Reservoir 8 hergestellt. Die Öffnungen 9, 10 sind mit einem Steuerventil 20 verbunden. Dieses ist entweder drehend in einer der Wellen oder, wie abgebildet, im Gehäuse untergebracht und die Verbindung ist über eine erste und eine zweite Dreheintragung 13, 14.
• In 2 ist das Gehäuse, das gleichzeitig das Reservoir 8 für das Arbeitsfluid bildet, mit 25 und ein Verbindungsflansch mit 26 bezeichnet. In dessen Innerem befindet sich ein Triebgehäuse 27, das in eine Triebwelle 29 ausläuft, die Mittels eines Lagers 28 im Gehäuse 25 drehbar geführt ist. An der der Triebwelle 29 abgelegenen Seite ragt eine Abtriebswelle 30 in das Triebgehäuse 27 hinein. Sie ist mittels eines Lagers 31 im Gehäuse 25 gelagert.Zwischen dem Triebgehäuse 27 und der Abtriebswelle 30 sind zur gegenseitigen Abstützung noch zwei Nadellager 32, 33 vorgesehen.
• Im Inneren des Triebgehäuses 27 befindet sich eine hydrostatische Verdrängungsmaschine, allgemein mit 35 bezeichnet und eine Reibungskupplung 36, die eine Lamellenkupplung in an sich bekannter Bauart ist. Die hydrostatische Verdrängungsmaschine 35 besteht hier aus einem Innen-rotor 37, der mit der Abtriebswelle 30 drehfest verbunden ist, und aus einem Außenrotor 38, der im Triebgehäuse exzentrisch frei drehbar ist. Die beiden Rotoren 37, 38 weisen zahnartige Gebilde in verschiedener Anzahl auf, die miteinander kämmen.
• Im Triebgehäuse 27 befinden sich an der, der Reibungskupplung 36 abgewandten Seite, eine erste und eine zweite Öffnung 9, 10 und an der Reibungskupplung 36 zugewandten Seite, dritte und vierte Öffnungen 11, 12. Von der ersten Öffnung 9 führt eine erste Verbindungsbohrung (oder mehrere aufeinanderfolgende Bohrungen) 39 zu einer ersten Dreheintragung 13 zwischen Triebgehäuse 27 und Gehäuse 25. Von der zweiten Öffnung 10 führt eine zweite Verbindungsbohrung 41 zu einer zweiten Dreheintragung 14, die axial versetzt zur ersten Dreheintragung angeordnet ist.
• Von den beiden Dreheintragungen 13, 14 führt ein erster Stichkanal 43 und ein zweiter Stichkanal 44 zum gemeinsamen Steuerventil 20 (nicht dar-gestellt), das im Verbindungsflansch 26 des Gehäuses 25, also im nicht rotierenden Teil, angeordnet ist. Die dritte und die vierte Öffnung 11, 12 sind in einer Zwischenplatte 45, die Teil des Triebgehäuses 27 ist und an die hydrostatische Verdrängungsmaschine 35 direkt anschließt.
• Auf der der hydrostatischen Verdrängungsmaschine abgekehrten Seite der Zwischenplatte 45 befindet sich zuerst die Druckkammer 4 und dann der Kolben 5, der bei Beaufschlagung der Druckkammer 4, die Kupplungslamellen 46, 47 zusammendrückt. Die Kupplungslamellen 46 sind mit dem Triebgehäuse 27 und die Kupplungslamellen 47 mit der Abtriebswelle 30 drehfest aber axial verschiebbar verbunden.
• In 3 ist vor allem das gemeinsame Steuerventil 20 zu sehen, welches hier im Verbindungsflansch 26 untergebracht ist. Es besteht aus einer in eine Ventilbohrung eingesteckten und eingeschraubten Büchse 51 (deren Außenkontur mit der Ventilbohrung zusammenfällt) und einem das Ventil betätigenden Schrittmotor 21. Der Verbindungsflansch 26 weist eine Vertiefung 54 auf, durch die auf einer Seite über eine erste Zutrittsöffnung 56, eventuell über ein Filter, die Verbindung zum im Reservoir befindlichen Arbeitsfluid hergestellt wird. Am anderen Ende der Büchse 51 hat das Arbeitsfluid vom Reservoir aus über ein Filter 50 und eine zweite Zutrittsöffnung 57 freien Zutritt zur Büchse 51. Der ungefähre Ölspiegel ist angedeutet und mit 55 bezeichnet.
• In 4 ist die Büchse 51 aufgeschnitten und genauer zu sehen. Ihre innere Längsbohrung 52 steht einerseits über die erste Zutrittsöffnung 56 und andererseits über die zweite Zutrittsöffnung 57 mit dem Reservoir in Verbindung. Die Büchse 51 hat einen Kopfteil 60, der im Verbindungsgehäuse 26 sitzt und einen Federraum 61 enthält, einen frei liegenden Mittelteil 62 mit der ersten Zutrittsöffnung 56 und einen Schaltteil 64, der wieder in das Verbindungsgehäuse 26 ragt. Zwischen letzterem und der Büchse 51 sind an verschiedenen Stellen Dichtringe 65 der Büchse 51 sind, fluchtend mit dem ersten (43) beziehungsweise dem zweiten Stichkanal 44 und mit der ersten (58) beziehungsweise zweiten Steueröffnung 59, ein erster Ringraum 66 und ein zweiter Ringraum 67 eingedreht. Die Bohrung 52 erstreckt sich über die Länge der Büchse 51 und ist zum Federraum 61 offen. In der Bohrung 52 ist ein Kolben in seiner Längsrichtung verschiebbar und über eine in den Federraum 61 ragende Kolbenstange 69 mit dem Aktuator 21 verbunden. Dazu geht die Kolbenstange 69 an geeigneter Stelle in eine Zahnstange über.
• In der 4 befindet sich der Kolben 68 in seiner Neutralstellung, das heisst, er befindet sich zwischen der ersten (58) und der zweiten Steueröff nung 59, sodass beide voll geöffnet sind. Diese Stellung entspricht dem normalen Zugbetrieb vorwärts. In dieser Stellung ist die Charakteristik der Kupplung weich, beispielsweise zum Rangieren und bei Kurvenfahrt auf der Straße. Das ist auch die Stellung, in die das Steuerventil schnell und in Pannensituation sogar selbsttätig zurückkehren soll.
• 5 zeigt die dafür getroffenen Maßnahmen. Eine erste Feder 71 liegt einerseits an einer Schulter 75 des Gehäuses und andererseits an einem Federteller 72 an, in dem die Zahnstange beziehungsweise Kolbenstange 70 verschiebbar ist. Diese Verschiebung ist durch einen Anschlagring 73 (zum Beispiel einem Seegerring) begrenzt. Der Federteller 72 stützt sich andererseits auf einer weiteren Schulter 74 ab. Innerhalb der ersten Feder 71 ist eine zweite Feder angeordnet, die sich einerseits am Federteller 72 und andererseits an einer dritten Schulter 77 der Zahnstange 70 abstützt.
• Beide Federn 71,76 sind Druckfedern; die erste (71) kann stärker als die zweite (76) sein. Vorzugsweise aber sind die beiden Federn 71,76 mit der gleichen Federrate ausgestattet, dann ist der Ventilkolben in beiden Fahrtrichtungen gleich vorgespannt. Statt gegen die Schulter 75 könnte die Feder auch gegen einen Seegerring im Federraum 61 abgestützt sein. Das Zusammenspiel der beiden Federn bewirkt, dass der Aktuator 21 den Kolben 68 aus seiner Mittenstellung heraus in die eine oder andere Richtung verschiebt, wobei die in der WO-OS 01/27487 ausführlich beschriebenen Betriebszustände hergestellt werden.

Claims (4)

1. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, bestehend aus einem in einem raumfesten und ein Reservoir für eine Arbeitsflüssigkeit bildenden Gehäuse (25) rotierenden Triebgehäuse (27), einer in diesem untergebrachten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (35), einer Abtriebswelle (30), wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Triebgehäuse (27) und der Abtriebswelle (30) in einer Druckkammer (4) ein Druck erzeugt wird, und wobei die hydrostatische Verdrängungsmaschine (35) über eine erste (9) und eine zweite (9) Öffnung (9,10) für die Zu- und Abfuhr von Arbeitsmedium und über eine dritte (11) und vierte (12) Öffnung (11,12) für die Verbindung mit der Druckkammer (4) verfügt, wobei die erste und die zweite Öffnung (9,10) jeweils über ein zweiflutiges Steuerventil (20) mit dem Reservoir (8) strömungsverbunden sind, daß das Steuerventil (20) von einem in einer Büchse (51) verschiebbaren Stellkolben (53) gebildet ist, wobei die Büchse auf beiden Seiten Zutrittsöffnungen (56,57) zum Reservoir (8) besitzt und eine erste (59) und eine zweite (58) seitliche Steueröffnung (58,59) hat, der Stellkolben (53) in seinen beiden Endstellungen (53, 53'') die erste (58) bzw. die zweite (59) Steueröffnung verschließt und in den Zwischenstellungen (53') die beiden Steueröffnungen (58,59) gegenläufig mehr oder minder schließt dadurch gekennzeichnet, dass auf den Stellkolben zwei Federn (71,76) wirken, von denen die erste Feder 71 einerseits an einer Schulter 75 des Gehäuses und andererseits an einem auf einer weiteren Schulter 74 abgestützten Federteller 72 anliegt, in dem die Kolbenstange 70 begrenzt durch einen Anschlagring 73 verschiebbar ist, und von denen die zweite Feder sich einerseits am Federteller 72 und andererseits an einer dritten Schulter 77 der Kolbenstange 69 oder Zahnstange 70 abstützt.
2. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (76) innerhalb der ersten Feder (71) angeordnet ist.
3. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (20) ein Proportionalventil ist.
4. Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das Steuerventil (20) von einem Schrittmotor (21) angesteuert ist.