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Druckmittelbetätigte Reibungskupplung, insbesondere Lamellenkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Druckmittel betätigte Reibungskupplung,
insbesondere Lamellenkupplung, und deren Steuereinrichtung für das Druckmittel in
Abhängigkeit von dem Mitnahmemoment und ist besonders vorteilhaft anwendbar als
Gangschaltkupplung in Kraftfahrzeuggetrieben.
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Es sind hydrodynamische Flüssigkeitsgetriebe bzw. -kupplungen bekannt,
die zwei unter der Wirkung des übertragenen Drehmoments elastisch zueinander verdrehbare
Teile aufweisen, durch deren gegenseitige Verstellung Ein- und Auslaßkanäle des
Füllungsraumes gesteuert werden. Diese bekannten Einrichtungen dienen lediglich
dazu, die Leistung der Getriebe während des Betriebes zu begrenzen, und zwar derart,
daß -beim überschreiten einer bestimmten Leistung die Füllung des Kreislaufs selbsttätig
verringert und nach erfolgter Abnahme der Leistung selbsttätig wieder vergrößert
wird.
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Des weiteren wurde eine mit einer überlastsicherung versehene Reibungskupplung
bekannt, die einen aufblasbaren Luftschlauch als Reibelement enthält. Hierbei wird
die Relativbewegung zwischen zwei Mitnahmeflächen des Schlauches über ein Gestänge
auf ein Ventil übertragen, so daß Luft aus dem Schlauch abgelassen wird, sobald
die Kupplung überlastet wird.
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Durch das elastische Schlauchelement ist an sich ein stoßfreieres
Einkuppeln möglich als dies mit einer Lamellenkupplung geschehen kann. Deshalb dient
diese vorbekannte Einrichtung als überlastsicherung, und es ist zu diesem Zweck
ferner auch eine Vorrichtung vorgesehen, durch die die überlastsicherung nicht schon
beim Startvorgang, sondern erst bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl wirksam
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Druckmittel einer druckmittelbetätigten
Reibungskupplung derart zu steuern, daß der Anstieg des Anpreßdruckes während des
Einkuppelvorganges in Abhängigkeit vom Mitnahmemoment in vorbestimmter Weise selbsttätig
geregelt, insbesondere verlangsamt wird. Dabei soll die Verzögerung bei geringer
Belastung kleiner sein und der Kupplungsvorgang rascher erfolgen als bei hoher Belastung,
um bei jeder beliebigen Belastung der Kupplung ein weiches stoßfreies Einschalten
zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß, wie bei hydrodynamischen
Kupplungen an sich bekannt, eine der Kupplungshälften, vorzugsweise die treibende,
mit einer Steuereinrichtung für die Druckmittelzufuhr versehen ist, die zwei, über
konzentrisch zur Kupplungsachse angeordnete Federn elastisch gegeneinander abgestützte,
dicht aneinander liegende und mit Zufuhröffnungen für das Druckmittel versehene
Steuerglieder aufweist, von denen ein Steuerglied mit der ihm zugeordneten, vorzugsweise
der treibenden Welle drehfest verbunden ist, und daß die Steuerglieder zur Verzögerung
des Druckanstiegs im Betätigungszylinder in Abhängigkeit von dem beim Einrücken
der Kupplung zu übertragenden Drehmoment derart relativ gegeneinander verdrehbar
sind, daß der Querschnitt der Druckmittelzufuhröffnungen durch in den Steuergliedern
angeordnete Drosselbohrungen verkleinert oder der Querschnitt der Auslaßöffnungen
für das Druckmittel vergrößert wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausführung wird vor allem erreicht, daß
die Kupplung bei jeder vorkommenden Belastung weich und stoßfrei einrückt. Außerdem
ist es möglich, das übertragende Drehmoment der Kupplung auf einfache Weise zu begrenzen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Reibungskupplung
ist vorgesehen, die in einem der Steuerglieder angeordnete Auslaßöffnung für das
Druckmittel schlitz- oder tropfenförmig auszubilden und durch ein in einer Bohrung
des gleichen Steuergliedes geführtes federbelastetes überdruckventil zu steuern,
das sich mit einer Hülse an einem fingerartigen Ansatz des anderen Steuergliedes
und mit einer Hülse an einem Ansatz der Bohrung abstützt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Reibungskupplung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Hierbei
zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete Kupplung
mit eingebauter Steuereinrichtung zum Steuern der Druckmittelzufuhr, Fig. 2 einen
Schnitt nach der Linie II-11 der Fig. 1,
Fig. 3 und 4 einen Ausschnitt
der Steuereinrichtung nach Fig: 1 bzw: 5, wobei zwei verschiedene Steuerstellungen
dargestellt sind, Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten
Kupplung im Längsschnitt und Fig. 6, 7 und 8 ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei
die Steuereinrichtung in drei unterschiedlichen Arbeitsstellungen dargestellt ist.
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In Fig. 1 ist die treibende Welle mit 1 und die getriebene Welle mit
2 bezeichnet. Die Enden der Wellen 1, 2 sind ineinander gelagert. Die kraftschlüssige
Verbindung der beiden Wellen 1, 2 erfolgt über eine Lamellenkupplung: Der mit der
treibenden Welle 1 verbundene Innenkörper 3 der Lamellenkupplung dient zur Führung
der Innenlamellen 4 und trägt die Gegendruckscheibe 5. Die Außenlamellen 7 sind
im Außenlamellenträger 8 'geführt; der mittels eines Keils 9 auf das Ende der getriebenen
Welle 2 drehfest aufgesetzt ist und der durch die Scheibe 10 und die Sprengringe
11, 12 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. Der Reibschluß wird durch Verschieben
eines durch ein Druckmittel zu beaufschlagenden Kolbens 14 erreicht, durch den das
Lamellenpaket zusammengepreßt wird.
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Die mit der Kupplung verbundene Steuereinrichtung besteht aus zwei
Gliedern 17 und 18; von denen das eine Glied 17 mit der treibenden Welle 1 durch
einen Keil 21 und das andere Glied 18 mit dem Innenkörper 3 der Kupplung durch einen
Keil 25 verbunden ist. Zwischen den Vorsprüngen 19 bzw. 20
der Glieder
17 und 18 sind, wie in Fig. 2 zu sehen ist, Federn 22 eingesetzt. Die Federn 22
sind in ihrer Stärke im Hinblick .auf die zu erzielende Anpreßkraft entsprechend
gewählt bzw. unter geeigneter Vorspannung eingesetzt.
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Die Glieder 17, 18 sind, wie ersichtlich, scheibenförmig ausgebildet
und ihre Naben 23 und 24 lagern ineinander: Eine Ringaussparung im Glied 18 bildet
den Zylinder 37 für .den Druckkolben 14. Federn 28 sorgen für die Rückführung des
Kolbens 14 in seine Ruhelage. Zur Inbetriebsetzung der Kupplung dient eine nicht
dargestellte Pumpe, in deren Betriebsmittelkreislauf ein Überdruckventil eingeschaltet
ist. Die Druckmittezufuhr zu dem Zylinderraum 37 erfolgt über einen Ringkanal
32 und radial gerichtete Kanäle 33 und 35 in den Naben 23 und 24 der Glieder
17 und 18. Die Kanäle 33 weisen, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, tropfenförmigen
Querschnitt .auf, und zwar liegt der sich verjüngende Bohrungsteil in Umdrehrichtung
hinten.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich gegenüber der
Ausbildung gemäß Fig. 1 dadurch, daß die durch Federn abgestützten Steuerglieder
40, 41 im Durchmesser kleiner gehalten sind. Das Steuerglied 40 ist mit sich radial
erstreckenden Vorsprüngen 45 versehen, während das Steuerglied 41, das den Zylinderraum
für den Kalben 14 bildet; axial gerichtete Vorsprünge 47 aufweist, die zwischen
die Vorsprünge 45 des Steuergliedes 40 ragen. Somit ergeben die Vorsprünge 45, 47
zusammen mit den zwischenliegenden Federn 46 das gleiche Querschnittsbild wie in
Fig. 2.
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Bei geöffneter Kupplung stehen die Durchflußöffnungen 33, 35 für das
Druckmittel so zueinander, wie es Fig. 3 erkennen läßt. In dieser Stellung ist voller
Zufiuß zum Zylinderraum 37 vorhanden. Wird nun Druckmittel zugeführt; so legt sich
der Kolben 14 gegen das Lamellenpaket 4, 7; dadurch erfolgt Mitnahme der anzutreibenden
Welle 2. Durch das entstehende Drehmoment führen die beiden Glieder 17, 18 zueinander
eine Relativbewegung entsprechend dem Übertragungsmoment aus, wobei gleichzeitig
die Zuflußöffnungen 33 sich gegenüber den öffnungen 35 in Umdrehungsrichtung verlagern
und, da die Durchlaßöffnungen 33 sich in Umfangsrichtung im Querschnitt verjüngen,
wird im gleichen Maß die Zufuhr des Druckmittels gedrosselt. In diesem Betriebszustand
verharrt die Kupplung, während die überflüssige Druckmittelmenge durch ein üblicherweise
im Druckmittelkreislauf vorhandenes überdruckventil abgeführt wird.
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Soll die Kupplung geöffnet werden, so ist lediglich die Druckmittelzufuhr
abzuschalten. Der Kolben 14 wird somit durch die Federn 28 in seine Ausgangslage
zurückgeführt, so daß er das Druckmittel, beispielsweise in einen Vorratsbehälter,
zurückdrückt. Beim Lösen der Kupplung wird das Übertragungsmoment aufgehoben, und
die an den Vorsprüngen 19 und 20
der Glieder 17 und 18 anliegenden
Federn 22 verschieben die beiden Steuerglieder 17;18 in die Ausgangsstellung (Fig.
2), in der sich die beiden Durch laßöffnungen 33 und 35 wieder decken, so daß somit
das Druckmittel urigedrosselt abfließen kann.
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Für den Fall, daß die Steuereinrichtung für eine Kupplung angewendet
werden soll, die in beiden Drehrichtungen einrückbar ist, ist es angebracht, die
Vorsprünge der relativ zueinander verdrehbaren Steuerglieder, zwischen denen die
Federn eingefügt sind, so auszubilden, daß die Federn sowohl in der einen als auch
in der anderen Drehrichtung zusammengepreßt werden können. Dementsprechend ist die
eine der bei solchen Verdrehungen übereinander gleitenden Kanalöffnungen in beiden
Umfangsrichtungen mit tropfenförmigen, d. h. sich verjüngenden Querschnitt auszubilden.
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Die Fig. 6,7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform einer
Steuereinrichtung, wie sie ebenfalls in Verbindung mit einer Kupplung gemäß den
Fig. 1, 2 und 5 verwendbar ist. Das mit der Welle 1 verbundene Steuerglied ist mit
50 bezeichnet. An diesem Steuerglied 50 liegt das Steuerglied 53 an. Beide Steuerglieder
50, 53 sind mit Vorsprüngen 51 bzw. 52 versehen, zwischen denen Druckfedern
55 eingesetzt sind. Für die Steuerung des Betriebsmitteldrucks sind im Steuerglied
53 in einer Bohrung 56 je zwei Hülsen 58, 59 untergebracht, die eine unter Vorspannung
eingesetzte Druckfeder 61 aufnehmen. Die Hülse 58 stützt sich :an einem der Vorsprünge
51 ab, und die Hülse 59 legt sich gegen eine in der Bohrung 56 gebildete Schulterringfläche
62. In die Bohrung 56 mündet ein Kanal 64, welcher mit der nicht dargestellten Druckquelle
in Verbindung steht. Der Kanal 65 führt zum Druckraum des Betätigungskolbens der
Kupplung.
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Wird die Kupplung betätigt, d. h. wird dem Zylinderraum der Kupplung
durch den mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbundenen Kanal 64 und dem
Kanal 65 Druckmittel zugeführt, so wird das Lamellenpaket zusammengepreßt. Infolge
des durch den Reibschluß entstehenden Drehmoments verdrehen sich die Glieder 50
bzw. 53 relativ zueinander entsprechend dem übertragenen Moment und der Stärke der
Feder 55. Gleichzeitig mit der Relativbewegung verlagern sich auch die Vorsprünge
51 des Glieds 50 gegenüber den Vorsprüngen 52 des Glieds
53 gegen
den Druck der Federn 55. Durch die Verlagerung vergrößert sich der Abstand zwischen
den Vorsprüngen 51 und 52, wobei sich die Feder 61 des Überdruckventils um einen
bestimmten Betrag entspannen kann (Fig. 7). Übersteigt der sich im Zylinderraum
und in der Bohrung 56 aufbauende Druck einen bestimmten Wert, so wird die Hülse
59 gegen den Druck der Feder 61 verschoben und gibt die in ihrem Querschnitt tropfenförmig
verlaufende Abflußöffnung 66 frei, und zwar um so mehr als das Übertragungsmoment
zunimmt (Fig. 8).
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Bei Abfall des Übertragungsmoments werden die Glieder 50 bzw. 53 durch
die Federn 55 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt (Fig. 6), wodurch die
Feder 61 wieder zusammengedrückt und der Kanal 66 durch die Hülse 59 wieder verschlossen
wird.
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Bei ,allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist es möglich, an Stelle
von Federn zwischen den Vorsprüngen auch andere nachgiebige Mittel, wie z. B. elastische
Werkstoffe oder Druckmittel, zu verwenden.