DE112006002372B4 - Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung mit Verschleißnachstellung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft hydraulisch betätigte Lamellenkupplung, bestehend aus einem Kupplungsaussenteil, einem Kupplungsinnenteil, einem aus abwechselnd mit dem Innenteil und dem Aussenteil drehfest verbundenen Lamellen zusammengesetzten Lamellenpaket, einer auf das Lamellenpaket gegen Federkraft einwirkenden Druckplatte und aus einem und auf die Druckplatte wirkenden Druckkolben, wobei auf der dem Lamellenpaket abgewandten Seite des Druckkolbens ein mit Druckfluid beaufschlagbarer Arbeitsraum gebildet ist, in dessen Seitenwänden der Druckkolben verschiebbar geführt ist. Kurzum, die Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung der üblichen Bauart, mit hydraulischer Einrückung.
- Werden derartige Kupplungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen dazu verwendet, unter dem Kommando einer Fahrdynamikregelung die Verteilung eines Antriebsdrehmomentes auf zwei Räder einer Achse oder auf zwei angetriebene Achsen zu steuern, so ist hohe Präzision und gutes dynamisches Verhalten über die gesamte Lebensdauer erforderlich. Ein Betriebspunkt, an dem Präzision besonders wichtig ist, ist beim Schließen der Kupplung derjenige, in dem die Lamellen einander berühren und Drehmoment zu übertragen beginnen. Bevor dieser Punkt erreicht ist, wird nur das Lüftspiel überwunden. In diesem Punkt hat die Kraft/Weg-Kennlinie der Kupplung einen Knick. Beim Durchfahren des Lüftspieles ist sie sehr flach, dann sehr steil. Daher muss dieser Punkt unabhängig vom Verschleiss genau festliegen.
- Dabei besteht ein Zielkonflikt zwischen einerseits einem kleinen Grundmoment (das erfordert ein großes Lüftspiel) und andererseits gutem dynamischen Verhalten. Bei Auftreten von Verschleiss soll sich das Lüftspiel und damit die Zeit zu dessen Durchfahren nicht vergrößern. Ansonsten würde sich das dynamische Verhalten fühlbar verschlechtern.
- Aus der
DE 39 07 341 A1 ist der Nehmerzylinder einer Anfahrkupplung (sie wird im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand gegen Federkraft geöffnet) bekannt, der zum konstant Halten der Vorspannkraft einer Feder einen über ein Rückschlagventil zugänglichen Hilfsraum hat. Das Rückschlagventil muss jedoch bei Abfallen des Betätigungsdruckes durch einen Finger mechanisch geöffnet werden. Die Position des Einrückpunktes kann damit nicht korrigiert werden. Ausserdem ist mit indirekter. Betätigung über einen Hebel und ein Ausrücklager eine ausreichende Präzision kaum erreichbar. - Aus der
US 3171526 ist eine hydraulisch betätigte Kupplung mit automatischer Nachstellvorrichtung bekannt, die zur Nachführung bei Verschleiß einen Kolben aufweist, der über einen Kammer und einen Hilfskammer mit Fluid beaufschlagt wird. - Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Kupplung mit einem Verschleissausgleich auszustatten, der ein präzises Anfahren der Stellung beginnender Momentenübertragung bei unverändertem Zeitverhalten über die ganze Lebensdauer gestattet.
- Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass zur Verschleißnachstellung mindestens ein Hilfsraum vorgesehen ist, der mit dem Arbeitsraum über ein Rückschlagventil derartig fluidverbunden ist, dass Fluid von dem Arbeitsraum in den Hilfsraum, aber aus diesem nicht zurück in den Arbeitsraum strömen kann, und welcher Hilfsraum gegenüber dem Arbeitsraum durch eine verformbare Dichtung abgedichtet ist. Ersteres hält beim Abfallen des Betätigungsdruckes im Arbeitsraum den Druck im Hilfsraum, welcher so die Dichtung elastisch verformt. Wenn der Druck im Arbeitsraum wieder ansteigt, bewirkt diese Verformung ein minimales Nachrücken des Druckkolbens.
- Zur Umsetzung dieses Prinzips gibt es viele verschiedene Anordnungen, Ausführungsformen und Varianten. In einer ersten Anordnung ist der Hilfsraum im Inneren des Druckkolbens und ein beweglicher Wandteil des Hilfsraumes liegt an der verformbaren Dichtung an. In einer ersten Ausführungsform ist der bewegliche Wandteil eine zylindrische Hülse, in deren Innerem sich das Rückschlagventil befindet und an deren Aussenseite die verformbare Dichtung anliegt, wobei die Hülse immer an der dem Druckkolben abgewandten Seite des Arbeitsraumes anliegt und ihre Symmetrieachse in Bewegungsrichtung des Druckkolbens liegt.
- In einer anderen Ausführungsform ist der bewegliche Wandteil ein Hilfskolben, der sich über die verformbare Dichtung und einen Stützkolben an der dem Druckkolben abgewandten Seite des Arbeitsraumes abstützt, und ist das Rückschlagventil in einem vom Arbeitsraum in den Hilfsraum führenden Kanal befestigt, wobei der Stützkolben eine vom Arbeitraum zur Dichtung führende Druckausgleichsbohrung hat. Auch diese Ausführungsform kann so ausgebildet sein, dass nicht nur der Druckkolben ein Ringkolben ist, sondern auch der Stützkolben ein Ringkolben und die Dichtung ein Dichtring (vorzugsweise ein O-Ring) ist.
- Eine vereinfachte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Rückschlagventil und die verformbare Dichtung zu einer Sonderdichtung zusammengefasst sind, welche eine umlaufende elastische Lippe hat, die unter einem spitzen Winkel an der Seitenwand des Hilfsraumes anliegt, sodass sie bei höherem Druck im Arbeitsraum den Durchgang freigibt und sich bei höherem Druck im Hilfsraum verformt.
- In einer zweiten Anordnung ist der mindestens eine Hilfsraum an der dem Druckkolben abgewandten Seite des Arbeitsraumes gebildet und von der Sonderdichtung begrenzt, die über ein Druckstück auf den Druckkolben wirkt (Anspruch 8). Diese Anordnung ist auch geeignet für die Ausbildung des Kolbens als Ringkolben, wobei die Sonderdichtung und das Druckstück ebenfalls ringförmig sind.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
-
1 : Beispiel einer gattungsgemäßen Lamellenkupplung, -
2 : Detail A in1 in einer ersten Ausführungsform, -
3 : Detail A in1 in einer zweiten Ausführungsform, -
4 : Detail A in1 in einer dritten Ausführungsform, -
5 : Detail A in1 in einer vierten Ausführungsform, -
6 : die Ausführungsform der4 in den Zuständen a) bis e), -
7 : eine Kennlinie zur Erläuterung der Funktion. - In
1 ist ein nicht einschränkendes Beispiel einer Lamellenkupplung abgebildet. Sie könnte im Rahmen der Erfindung auch ganz anders ausgeführt sein. Zwischen einem einer Primärwelle1 zugeordneten Kupplungsaußenteil2 und einem einer Sekundärwelle3 zugeordneten Kupplungsinnenteil4 ist ein Lamellennpaket5 angeordnet. Dieses besteht bekannterweise aus abwechselnd mit dem Kupplungsaußenenteil2 und dem Kupplungsinnenteil4 drehfest verbundenen Lamellen oder Scheiben. Zum Schließen der Kupplung wird das Lamellenpaket5 von einer Druckplatte8 mit dem Kupplungsinnenteil4 als Widerlager gegen die Kraft von Druckfedern9 (den Lüftfedern) zusammengepresst. Zur Betätigung der Kupplung ist in einem Gehäuse11 , das stationär oder rotierend sein kann, ein über eine Fluidleitung13 versorgter Arbeitsraum12 vorgesehen. Dieser Arbeitsraum12 kann zylindrisch oder, wie in1 gezeigt, ringförmig sein. Der Arbeitsraum wird von einem Kolben14 (der auch wieder zylindrisch oder ein Ringkolben sein kann) abgeschlossen. Dichtungen zwischen dem Kolben14 und dem Gehäuse11 sind mit15 bezeichnet. Der Kolben14 wirkt, wenn nötig über ein axiales Nadellager10 , auf die Druckplatte8 ein. - Im Ausführungsbeispiel der
2 ist der Kolben14 von der Seite des Arbeitsraumes her hohl und enthält mindestens zwei über den Umfang gleichmäßig verteilte zylindrischer Hülsen20 (nur eine ist dargestellt), deren Symmetrieachse29 in der Bewegungsrichtung des Kolbens12 liegt. Anstelle der kreiszylindrischen Hülsen könnte auch eine analog dem Ringkolben umlaufende Hülse vorgesehen sein. Die zylindrische Hülse20 ruht immer am Boden12' des Arbeitsraumes12 auf. Dazu kann sie entweder mit diesem verbunden (z. B. verschweisst) sein, oder eine zweite Druckfeder26 drückt die Hülse20 unabhängig von der Stellung des Kolbens14 an den Boden12' an. Die Hülse20 ist Teil eines aus einer Kugel21 und aus einer ersten Feder22 bestehenden Rückschlagventils. Es ist (sie sind) so angeordnet, dass es (sie) bei höherem Druck im Arbeitsraum12 öffnet(n), aber ein Zurückströmen in den Arbeitsraum12 unterbindet(n). Das Innere der Hülse20 ist über ein erstes Loch23 mit dem Arbeitsraum12 und über ein zweites Loch24 mit jeweils einem Hilfsraum25 verbunden. - Der Hilfsraum
25 wird von den Innenwänden der Höhlung des Kolbens12 , von der Hülse20 und von einer verformbaren Dichtung28 begrenzt. Die Dichtung28 dichtet die Innenwand27 des Kolbens12 gegen die zylindrische Hülse20 ab. Die erfindungsgemäße Verschleißnachstellung beruht auf der (geringfügigen) elastischen Verformbarkeit der Dichtung28 , was weiter unten erklärt wird. Zusätzlich kann eine elastische Verformung der Hülse20 vorgesehen sein. - In der Ausführungsform der
3 ist ein aus einer Kugel31 und einer ersten Feder32 bestehendes Rückschlagventil30 in einer schrägen und abgestuften Bohrung33 untergebracht, welche vom Arbeitsraum12 zu einem Hilfsraum35 verläuft. Der Hilfsraum35 ist von einem Hilfskolben34 begrenzt, welcher über eine verformbare Dichtung38 auf einem Stützkolben36 ruht. Der Stützkolben36 enthält einen Druckausgleichskanal37 , der sicherstellt, dass auf der dem Stützkolben zugewandten Seite des verformbaren Dichtringes18 derselbe Druck wie im Arbeitsraum12 herrscht. Wenn der Kolben14 ein Ringkolben ist, so ist auch der Hilfskolben34 und der Stützkolben36 ein Ringkolben. Eine zweite Feder39 stellt sicher, dass der Hilfskolben34 immer an dem verformbaren Dichtring38 anliegt. - Die Ausführungsform der
4 ist die denkbar einfachste. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass das Rückschlagventil und der verformbare Dichtring der vorhergehenden Ausführungsformen in einem Bauteil, dem Sonderdichtring43 vereinigt sind. Ein Hilfsraum40 ist hier an der dem Kolben14 abgewandten Seite des Arbeitsraumes12 angeordnet. Von dem Arbeitsraum12 führen in der Bewegungsrichtung des Kolbens14 liegende Seitenwände41 zu einem Boden45 . Von dem Kolben14 ragt ein Druckstück42 in den Hilfsraum40 und endet dort in einer Dichtplatte43 , die die Sonderdichtung bildet. Wesentlich ist, dass die Dichtplatte43 eine umlaufende Lippe44 hat die an den Seitenwänden41 anliegt. Die Sonderdichtung kann auch aus einer ringförmigen Lippe allein bestehen, die in geeigneter Weise mit dem Druckstück42 verbunden ist. Im Querschnitt ist die umlaufende Lippe44 in einem spitzen Winkel47 zur Seitenwand41 geneigt. Die damit erzielte Wirkung ist weiter unten erläutert. Das Druckstück42 ist entweder mit dem Kolben14 fest verbunden oder es wird von einer Druckfeder46 , die sich auf Boden45 des Hilfsraumes40 abgestützt in Richtung auf den Kolben zu belastet. Der so gebildete Hilfsraum40 ist somit von den Seitenwänden41 , dem Boden45 und der umlaufenden Dichtlippe44 begrenzt. - In der Ausführungsform der
5 ist der Hilfsraum50 im Kolben14 untergebracht, der typischerweise ein Ringkolben ist. Der Hilfsraum50 ist von den umlaufenden Seitenwänden51 ,52 im Kolben14 und von einer Sonderdichtung53 begrenzt. Diese ist ein V-förmiger Ring, dessen Innenseite zum Hilfsraum50 offen ist und dessen spitze Seite54 auf einem Stützring55 ruht. Dieser ist wohl in der Seitenwand52 geführt, lässt aber eine Druckausgleichsverbindung56 offen über die der im Arbeitsraum herrschende Druck auf einen Schenkel der Sonderdichtung43 wirken kann. Die Sonderdichtung53 wird von einer Wellfeder57 (punktiert eingezeichnet) gegen den Stützring55 gedrückt. Mit58 ist die Schnittfläche der Wellfeder57 mit der Bildebene bezeichnet. - Anhand der
6 wird im Folgenden die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Verschleißnachstellung erklärt.6a zeigt die erfindungsgemäße Kupplung im ganz geöffneten und neuen (noch nicht verschlissenem) Zustand. In diesem entspricht die vom Druck im Hilfsraum40 ausgeübte Druckkraft der Kraft der Druckfedern (= Lüftfedern)9 . Die Andruckplatte8 liegt nicht am Lamellenpaket5 an, sie ist einige Millimeter vom Lamellenpaket5 entfernt. Diese Entfernung60 wird als Lüftweg bezeichnet, der zu überwinden ist, bevor die Kupplung ein Drehmoment zu übertragen beginnt. Für eine präzise Steuerung ist es erforderlich, dass dieser Lüftweg60 unabhängig vom Verschleiß der Kupplung, insbesondere deren Lamellen, konstant bleibt. Sobald der Lüftweg60 durchfahren ist, muss der Druck der über die Leitung13 zugeführten Flüssigkeit stark ansteigen (siehe auch7 ). - Wird die neue (nicht verschlissene) Kupplung mit Druckfluid beaufschlagt, ist der Druck im Arbeitsraum
12 und im Hilfsraum40 gleich und die Lippe44 bleibt an der Wand41 angelegt (3b ). Da die Kupplung neu ist, ist noch keine Verschleissnachstellung erforderlich. - Im Betrieb wird vor allem an dem Lamellenpaket
5 Verschleiß auftreten, wodurch dieses insgesamt dünner wird. Folglich beginnt die Drehmomentübertragung erst bei etwas weiter vorgeschobenem Kolben14 . Die geringfügige Lagedifferenz der Platte8 vor und nach dem Verschleiß ist durch eine dicke Linie angedeutet und, herausgezogen, mit61 bezeichnet. Wegen des größeren Weges muss der Kolben14 weiter verschoben werden. Wird die Kupplung in diesem Zustand geschlossen,6b , wird so das Volumen des Hilfsraumes40 vergrößert, weil die Dichtplatte43 mit dem Kolben14 bewegt wird. Dadurch entsteht eine Druckdifferenz, die ein Nachströmen von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum12 in den Hilfsraum40 bewirkt. Dabei wirkt die umlaufende Lippe44 als Rückschlagventil, dank ihrer Ausrichtung in dem spitzen Winkel47 geschieht das bereits bei einer sehr kleinen Druckdifferenz (siehe6c ). Dabei hebt die Lippe44 von der Wand41 ab. Sobald der Druckausgleich erfolgt ist, legt sich die Lippe44 wieder an die Wand41 an,6d . - Wird die verschlissene Kupplung wieder geöffnet, entsteht die in
6e abgebildete Situation. Beim Öffnen der Kupplung sinkt der Druck im Arbeitsraum12 , die Kupplungsfeder9 drückt die Druckplatte8 vom Lamellenpaket5 weg, und mit ihr auch den Kolben14 und die Dichtplatte43 . Das verringert das Volumen des Hilfsraumes40 , wodurch dessen Druck ansteigt und die umlaufende Lippe44 der Dichtplatte43 nicht nur gegen die Seitenwand41 gedrückt sondern auch verformt wird. In6e ist das mit einem Pfeil62 angedeutet. Die elastische Verformung der Dichtlippe40 bewirkt bei Druckabbau im Arbeitsraum12 ein geringfügiges Nachrücken des Kolbens14 . Dieses Nachrücken ist erkennbar, wenn man die alte Lage des Lüftweges60 mit dessen neuer Lage60* vergleicht. Der Lüftweg selbst ist gleich groß geblieben, jedoch hat er sich den Verschleiß folgend in Richtung auf das Lamellenpaket5 hin verschoben. - Im Diagramm der
7 ist der Weg des Kolbens14 auf der Ordinate und die von dem Druckmedium ausgeübte Kraft auf der Abszisse aufgetragen. Die dabei vom Lamellenpaket5 und der Druckfeder9 ausgeübte Kraft ist als Kurve70 aufgetragen. Dabei entspricht deren flacher Ast der Überwindung des Lüftweges und deren steiler Ast dem Zusammenpressen des Lamellenpaketes6 . Die punktierte Kurve71 ist die von der erfindungsgemäßen Verschleißnachstellung ausgeübte Gegenkraft. Deren Nullpunkt72 ist von dem maximal zurückgelegten Weg des Kolbens14 abhängig. Ist dieser länger, so wird auch der Punkt72 mit der Kurve71 nach rechts gezogen. Der Schnittpunkt der beiden Kurven70 ,71 ist mit73 bezeichnet und entspricht dem durch die Verschleißnachstellung begrenzten Lüftweg. Dadurch, dass die Kurve71 nachgezogen wird, bleibt dieser über die gesamte Lebensdauer konstant. - Zu der Erfindung ist noch anzumerken, dass diese sich auch auf eine als Bremse konfigurierte Lamellenkupplung bezieht, also mit einem stationären (z. B. gehäsefesten) Kupplungsaußenteil oder Kupplungsinnenteil.
Claims (8)
- Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung, bestehend aus einem Kupplungsaussenteil (
2 ), einem Kupplungsinnenteil (4 ), einem aus abwechselnd mit dem Innenteil und dem Aussenteil drehfest verbundenen Lamellen zusammengesetzten Lamellenpaket (5 ), einer auf das Lamellenpaket gegen Federkraft einwirkenden Druckplatte (8 ) und aus einem und auf die Druckplatte wirkenden Druckkolben (14 ), wobei auf der dem Lamellenpaket abgewandten Seite des Druckkolbens ein mit Druckfluid beschickbarer Arbeitsraum (12 ) gebildet ist, in dessen Seitenwänden der Druckkolben verschiebbar geführt ist, wobei zur Verschleißnachstellung mindestens ein Hilfsraum (25 ;35 ;40 ;50 ) vorgesehen ist, der mit dem Arbeitsraum (12 ) über mindestens ein Rückschlagventil (20 ;30 ;43 ;53 ) derartig fluidverbunden ist, dass Fluid von dem Arbeitsraum (12 ) in den mindestens einen Hilfsraum (25 ;35 ;40 ;50 ), aber nicht aus diesem zurück in den Arbeitsraum (12 ) strömen kann, und welcher Hilfsraum gegenüber dem Arbeitsraum durch eine verformbare Dichtung (28 ;38 ;43 ;53 ) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hilfsraum (25 ;35 ) im Inneren des Druckkolbens (14 ) ist und dass ein relativ beweglicher Wandteil (20 ;34 ) des Hilfsraumes (25 ;35 ) an der verformbaren Dichtung (28 ;38 ) anliegt, wobei der bewegliche Wandteil ein Hilfskolben (34 ) ist, der sich über die verformbare Dichtung (38 ) und einen Stützkolben (36 ) an der dem Druckkolben (14 ) abgewandten Seite des Arbeitsraumes (12 ) abstützt, und dass das Rückschlagventil (30 ) in einem vom Arbeitsraum (12 ) in den Hilfsraum (35 ) führenden Kanal (33 ) befestigt ist, wobei der Stützkolben (36 ) eine vom Arbeitsraum (12 ) zur Dichtung (38 ) führende Druckausgleichsbohrung (37 ) hat. - Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hilfskolben ausgeführte relativ bewegliche Wandteil (
20 ) eine zylindrische Hülse ist, und ihre Symmetrieachse (29 ) in Bewegungsrichtung des Druckkolbens (14 ) liegt. (2 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (
14 ) ein Ringkolben ist und mehrere Hilfsräume (25 ) und zylindrische Hülsen (20 ) über seinen Umfang verteilt sind. (2 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (
14 ) ein Ringkolben, der Stützkolben (36 ) ein Ringkolben und die Dichtung (38 ) ein Dichtring ist. (3 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil und die verformbare Dichtung zu einer Sonderdichtung (
43 ;53 ) zusammengefasst sind, welche eine umlaufende elastische Lippe (44 ;53' ) hat, die unter einem spitzen Winkel (47 ) an der Seitenwand (41 ;51 ) des mindestens einen Hilfsraumes (40 ;50 ) anliegt, sodass sie bei höherem Druck im Arbeitsraum (12 ) den Durchgang freigibt und sich bei höherem Druck im Hilfsraum (40 ;50 ) verformt. (4 ,5 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hilfsraum (
40 ) an der dem Druckkolben (14 ) abgewandten Seite des Arbeitsraumes (12 ) gebildet und von der Sonderdichtung (43 ) begrenzt ist, die über ein Druckstück (42 ) auf den Druckkolben (14 ) wirkt. (4 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (
14 ) ein Ringkolben ist und Sonderdichtung (43 ) und Druckstück (42 ) ebenfalls ringförmig sind. (4 ) - Lamellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsraum (
50 ) ein im Inneren des Druckkolbens (14 ) ausgebildeter Ringraum und die Sonderdichtung (53 ) ein Dichtring mit V-Querschnitt ist, dessen spitze Seite (54 ) dem Arbeitsraum (12 ) zugewandt ist und auf einem Stützring (55 ) aufliegt, der sich an der dem Druckkolben (14 ) abgewandten Seite des Arbeitsraumes (12 ) abstützt.
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