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Hydraulisch betätigte Wechsel-Reibungskupplung Die Erfindung betrifft
eine hydraulisch betätigte Wechsel-Reibungskupplung mit zwei achsgleich angeordneten,
wahlweise einrückbaren Einzelkupplungen, zwischen denen ein axial verschiebbarer
Zylinder angeordnet ist, der auf einer gegenüber der treibenden Welle axial festgelegten
Trennwand flüssigkeitsdicht geführt ist und der an seinen beiden Enden je einen
auf der Welle axial verschiebbaren, als Ringkolben ausgebildeten, über eine eigene
Druckflüssigkeitsleitung beaufschlagten Betätigungskolben flüssigkeitsdicht umschließt,
der gegen einen festen Anschlag des Zylinders in Einrückrichtung abgestützt ist
und deshalb beim Einrücken einer Kupplung den Zylinder in der jeweiligen Einrückrichtung
mitnimmt.
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Ein Nachteil der bisher bekannten Doppelkupplungen der vorgenannten
Art liegt darin, daß sie, um den Kupplungsvorgang auszulösen, verhältnismäßig komplizierte
und teure Hilfsvorrichtungen verwenden, die auch eine relativ lange Zeit bis zum
tatsächlichen Einkuppeln benötigen. Um ein gleichzeitiges Einkuppeln beider Kupplungen
zu verhindern, hat man Drosselkanäle verwendet, die erst nach einem Druckausgleich
über diese Drosselkanäle den Kupplungsvorgang vervollständigen. Der Druckausgleich
erfordert eine bestimmte Zeit, wodurch das Einkuppeln langsam vor sich geht, was
in der Praxis oft nicht tragbar ist.
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Zur Verbesserung der bekannten hydraulisch betätigten Wechsel-Reibungskupplungen
ist bereits vorgeschlagen worden, diese Kupplungen so zu bauen, daß die Trennwand
Öffnungen aufweist, die die zwischen ihr und den Betätigungskolben liegenden Kammern
miteinander verbinden, und daß in jedem Betätigungskolben je ein weiterer, in entgegengesetzter
Richtung wie der Betätigungskolben vom Druckmittel beaufschlagter, mit Durchtrittsöffnungen
zu der Kammer versehener, auf der Welle axial verschiebbarer Ventilkolben flüssigkeitsdicht
geführt ist, der, nachdem der Betätigungskolben durch das Druckmittel eingerückt
worden ist, durch den Flüssigkeitsdruck entgegen der Kraft einer Feder gegen die
Trennwand verschoben wird und dabei die Öffnungen verschließt.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendungsmöglichkeit derartiger
Kupplungen erweitert werden könnte, wenn der zu ihrer Bedienung benötigte hydraulische
Druck kleiner als bisher gehalten werden kann. Die vorliegende Erfindung hat nun
die Aufgabe, eine neue und verbesserte, hydraulisch betätigte Kupplung zu schaffen,
die mit einem geringeren hydraulischen Druck als bisher üblich beaufschlagt werden
kann, während die bisher vorhandenen Vorzüge .eines schnellen Ansprechens und des
ruckfreien Einrückens beibehalten werden.
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Diese Aufgabe wird für eine Kupplung der eingangs erwähnten Art dadurch
gelöst, daß in der Trennwand zwischen den beiden Zylinderkammern mehrere Rückschlagventile
angeordnet sind, von denen einige in die eine Zylinderkammer und die übrigen in
die andere Zylinderkammer öffnen, und daß in jedem Betätigungskolben je ein weiterer,
in entgegengesetzter Richtung wie der Betätigungskolben von der Druckflüssigkeit
beaufschlagter, mit Durchtrittsöffnungen zu der zugeordneten Zylinderkammer versehener,
auf der Welle axial verschi--übarer Ventilkolben flüssigkeitsdicht geführt- ist,
der zur Druckflüssigkeitssteuerung mit einem Ringflansch versehen ist und damit
je nach Beaufschlagung eines der Betätigungskolben den Flüssigkeitsdurchfluß durch
die zugehörigen Rückschlagventile von der einen Zylinderkammer nach der anderen
Zylinderkammer sperrt.
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Durch die Anordnung der beiden Rückschlagventilgruppen in der mittleren
Trennwand der Kupplung, die gleichzeitig als Gegendruckplatte dient, ist im Zusammenwirken
mit den für die Druckflüssigkeitssteuerung benutzten Ringkolben eine einfache und
billige Ventilanordnung geschaffen, mit der die
Übertragung des
Druckmittels von der auf der einen Seite der Trennwand liegenden Zylinderkammer
nach der auf der anderen Seite liegenden Kammer gesteuert werden kann.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig.
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung, Fig. 2 einen Schnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 ein Schaltschema
einer Getriebeanordnung mit Kupplungen gemäß den Fig. 1 und 2.
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Die in Fig. 1 dargestellte Kupplung ist auf einer Welle 1 angeordnet,
die beispielsweise von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben
wird. Die Welle 1 enthält eine axial gerichtete Längsbohrung 2. Wie Fig. 1 zeigt,
erstreckt sich über einen Teil der Bohrung 2 ein Rohr 3, so daß ein ringförmiger
Druckmittelkanal 4 entsteht. Mit dem Kanal 4 stehen mehrere auf den Umfang verteilte,
radial gerichtete Bohrungen 5 in Verbindung, die am Umfang aus der Welle 1 austreten.
Eine weitere Gruppe von über den Umfang verteilten und radial gerichteten Bohrungen
6 steht, wie Fig. 1 zeigt, mit dem Rohr 3 in Verbindung, dessen Ende 7 dacht in
einen Abschnitt der Bohrung 2 von vermindertem Durchmesser eingepaßt ist.
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Durch die zentrale Bohrung 11 einer Trennwand 8 ist die Welle 1 hindurchgeführt,
auf der die Trennwand 8 drehfest und mit Hilfe von Sprengringen 9 axial nicht beweglich
angeordnet ist. Die Trennwand 8 ist am äußeren Umfang mit einer Ringnut 12 versehen,
in die ein Dichtungsring 13 eingelegt ist, der gegen die Innenfläche eines Zylinders
14 gerichtet ist. Durch die Trennwand 8 ist der Zylinder 14 in zwei Zylinderkammern
15 und 16 aufgeteilt.
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Auf der Welle 1 sind in entgegengesetzter Richtung axial verschiebbar
zwei Betätigungskolben 17 und 47 gelagert. Die Kolben 17 und 47 sind im Zylinder
14 durch in die Kolben 17 und 47 eingelegte Dichtungsringe 18 und 48 flüssigkeitsdicht
geführt: Die Kolben 17 und 47 werden im Zylinder 14 durch Sprengringe 19 und 49
gehalten. Nahe der Welle 1 weisen die Kolben 17 und 47 mehrere auf den Umfang gleichmäßig
verteilte axiale Bohrungen 21 und 51 auf, die einen dosierten Kühlmittelstrom zu
den Kupplungslamellen ermöglichen. Die Kolben 17 und 47 sind auf der Welle 1 durch
in letztere eingesetzte Dichtungsringe 22 und 52 flüssigkeitsdicht geführt.
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Die Kolben 17 und 47 sind mit zur Trennwand 8 hin gerichteten Ringflanschen
23 und 53 versehen, in die außen an deren freiem Ende Sprengringe 24 und 54 eingelegt
sind, gegen die sich Tellerringfedern 25 und 55 mit ihrem inneren Umfang abstützen.
Die Ringfedern weisen am äußeren Umfang mehrere radial gerichtete Finger 28 und
58 auf, mit denen die Ringfedern 25 und 55 an den Kolben 17 und 47 anliegen. An
dem der Trennwand 8 gegenüberliegenden inneren Umfang der Ringfedern 25 und 55 liegen
in der Mittelstellung des Zylinders 14 die freien Enden von Bügeln 26 und 56 an,
deren andere Enden mittels Schrauben 27 an der Trennwand 8 befestigt sind.
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Zwei Ventilkolben 31 und 61 sind sowohl auf der Welle 1 als auch in
den Ringflanschen 23 und 53 der Kolben 17 und 47 axial beweglich geführt. Zwischen
den Ringflanschen 23 und 53 der Kolben 17 und 47 einerseits und: den Ringflanschen
29 und 59 der
je ein Führungsblech 94 und 103 befestigt deren radial nach innen
gerichteter Teil
95 und 104 das aus den Bohrungen 21 und 51 der Betätigungskolben
17 und 47 ausströmende Druckmittel mehreren radialen Bohrungen 96 und 105 im Ringflansch
der Naben 81 und 82 und damit den Kupplungslamellen 88, 89 und 97, 98 zuführt.
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Die Kupplungslamellen 88, 89 sowie die Kupplungsnabe 81 und die Kupplungstrommel
91 bilden eine Lamellenkupplung 106, und die Kupplungslamellen 97, 98 mit den Kupplungsnaben
82 und der Kupplungstrommel 99 bilden eine Lamellenkupplung 107.
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Die Kupplungstrommeln 91 und 99 sind mit Nieten 108 und 112 an je
einem Zahnrad 109 und 113 befestigt, die drehbar auf der Welle 1 gelagert sind und
die in je ein weiteres Zahnrad 111 und 114 eingreifen (Fig. 3).
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltzustand wird weder das Zahnrad 109
noch das Zahnrad 113 von der Welle 1 angetrieben. Die eingerückte Kupplung 106 überträgt
das Drehmoment von der Welle 1 auf das Zahnrad 109 und dieses auf das Zahnrad 111.
In gleicher Weise wird bei eingerückter Kupplung 107 das Drehmoment von der Welle
1 auf die Zahnräder 113 und 114 übertragen.
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In Fig. 3 trägt die Welle 1 die beiden Lamellenkupplungen 106 und
107 mit den zuvor beschriebenen Bauelementen. Das Zahnrad 109 kämmt mit dem
Zahnrad 11, das auf einer Gegenwelle 115 gelagert ist, so daß beim Einrücken der
Kupplung 106 die Antriebskraft der Kraftmaschine über die Welle 1, die Kupplung
106, das Zahnrad 109 und das Zahnrad 11 auf die Gegenwelle 115 übertragen wird,
die die Räder eines nicht dargestellten Fahrzeugs antreibt. In gleicher Weise wird
beim Einrücken der Kupplung 107 die Antriebskraft der Kraftmaschine über die Welle
1, die Kupplung 107, das Zahnrad 113 und das Zahnrad 114 auf die Gegenwelle 115
übertragen. Das übersetzungsverhältnis der Zahnräder 109 und 111 weicht von demjenigen
der Zahnräder 113 und 114 ab, so daß die Welle 115 bei Einrücken der Kupplung 106
mit einem ersten Gang und bei Einrücken der Kupplung 107 mit einem anderen Gang
angetrieben wird.
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Um dem Zylinder 14 das hydraulische Druckmittel zuzuführen, ist die
Welle 1 mit radialen Bohrungen 116 versehen, die mit dem Druckmittelkanal4 in Verbindung
stehen. Die Bohrungen 116 stehen mit einer Leitung 117 und das Rohr 3 steht mit
einer Leitung 118 in Verbindung. Die beiden Leitungen 117 und 118 sind an ein Wählventil
119 angeschlossen, dem unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel durch die Leitung
121 und unter geringem Druck stehendes Strömungsmittel durch eine Leitung 122 zugeführt
wird. Das Wählventil 119 ist in bekannter Weise ausgebildet. In der einen
Schaltstellung wird die unter geringem Druck stehende Leitung 122 mit beiden Leitungen
117 und 188 gleichzeitig verbunden. In zwei anderen Schaltstellungen des Wählventils
119 wird die Niederdruckleitung 122 wahlweise mit einer der beiden Leitungen 117
oder 118 und die Hochdruckleitung 121 mit der anderen der beiden Leitungen verbunden.
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Den Druckleitungen 121 und 122 wird das Druckmittel durch eine Pumpe
123 zugeführt, die das Strömungsmittel aus einem Sammelbehälter 124 ansaugt und
unter hohem Druck in eine Leitung 125 fördert. Die Leitung 125 speist die Hochdruckleitung
121 und eine weitere Leitung 126, die zu einem Regelventil 127 bekannter Bauart
führt. Das Ventil 127 hält den Druck in der Leitung 121 auf einer gewünschten Höhe
und ist seinerseits mit einer Leitung 128 verbunden, die das Strömungsmittel dem
Drehmomentenwandler 129 .eines Fahrzeuges zuführt. Von der Abflußleitung 131 des
Drehmomentenwandlers gelangt das Strömungsmittel über einen Kühler 132 in eine Leitung
133, die mit der Niederdruckleitung 122 und einer weiteren Leitung 134 verbunden
ist. Die Leitung 134 führt zu einem Regelventil 135 ebenfalls bekannter Bauart,
das den Druck in der Niederdruckleitung 122 auf einer gewünschten Höhe hält. Das
Regelventil 135 ist über eine Abflußleitung 136 mit dem Sammelbehälter 124 verbunden.
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Die Arbeitsweise der Wechsel-Reibungskupplung ist folgende: Mit der
Welle 1, die von einer Kraftmaschine angetrieben wird, drehen sich auch die Naben
81 und 82, die Kolben 17 und 47, die Ventilkolben 31 und 61, die Ringflansche 35
und 65, die Federn 25 und 55, die Trennwand 8 und der Zylinder 14. Das unter niederem
Druck stehende Druckmittel wird der Wechsel-Reibungskupplung fortgesetzt sowohl
über das Rohr 3 als auch über den Kanal 4 zugeführt, so daß die Kammern 15, 16,
75 und 78 mit Druckmittel angefüllt bleiben und bei ausgerückten Kupplungen 106
und 107 unter gleichem Druck stehen. Das Druckmittel dieser Kammern wird auch mit
in Rotation versetzt. Da der Druck in diesen Kammern gleich groß ist, und da die
Druckeinwirkungsflächen gleich groß sind, ergeben sich insgesamt gesehen keine Zentrifugalwirkungen
durch die Rotation des Strömungsmittels. Durch die Sprengringe 24 und 54 werden
die Tellerringfedern 25 und 55 in einem zuvor festgelegten Maße vorgespannt, die
die Betätigungskolben 17 und 47 gegen die Sprengringe 19 und 49 drücken (Fig. 1).
In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltzustand erfolgt, wie bereits zuvor erwähnt,
weder zum Zahnrad 109 noch zum Zahnrad 113 ein Antrieb von der Welle 1, da weder
die Kupplung 106 noch die Kupplung 107 eingerückt ist. Wenn man eine Antriebsverbindung
von der Welle 1 über die Lamellenkupplung 107, das Zahnrad 113 und das Zahnrad 114
zur Gegenwelle 115 wünscht, wird das Wählventil 119 so eingestellt, daß dem Kanal
4 unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel zugeführt wird, während die Zufuhr
von unter niederem Druck stehendem Strömungsmittel zum Rohr 3 beibehalten bleibt.
Das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel wird über die Bohrungen 5 der Kammer
78 zugeführt. Hierdurch wird der Ventilkolben 61 gegenüber der Welle 1 in axialer
Richtung verschoben, bis der radial nach außen zeigende Ringflansch 65 die Ringschultern
39 der auf einem mittleren Umfang der Trennwand 8 im Abstande voneinander angeordneten
Gummibuchsen 38 berührt, von denen eine in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt
ist. In dieser Schaltstellung wird ein Strömungsmittelzufluß von der Zylinderkammer
16 zur Zylinderkammer 15 verhindert. Ein Zufluß des Strömungsmittels von der Kammer
15 zur Kammer 16 kann jedoch über diejenigen Rückschlagventile 41 erfolgen, deren
Ventilklappen auf der nach dem Ventilkolben 61 zu weisenden Seite der Trennwand
8 angeordnet sind. Der Ventilkolben 61 hält diese Ventile nicht geschlossen, da
die Ringschultern 39 der Buchsen 38
den Ventilkolben 61 in geringer
Entfernung von der Trennwand 8 halten.
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Im Anschluß hieran bewegt das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel
in der Kammer 78 den Betätigungskolben 47 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach
rechts:, wobei der Zylinder 14 mitgenommen wird. Das Volumen der Zylinderkammer
15 wird nun verkleinert, da der in dem Zylinder 14 angeordnete Sprengring 19 den
Betätigungskolben 17 nach rechts (Fig. 1) mitnimmt und das Strömungsmittel von der
Zylinderkammer 15 zur Zylinderkammer 16 über die Mehrzahl der in der Trennwand 8
vorgesehenen Öffnungen 37 abströmen kann, von denen eine in der oberen Hälfte der
Fig. 1 dargestellt ist. Ein Durchfiuß durch die in der unteren Hälfte der Fig. 1
dargestellten Öffnungen 37 wird von den zugehörigem Rückschlagventilen 41 verhindert.
Dieser Abfluß .des Strömungsmittels aus der Zylinderkammer 15 in die Zylinderkammer
16 ergibt sich daraus, daß der Druck in der sich volumenmäßig verkleinernden
Kammer 15 größer ist als der in der sich volumenmäßig vergrößernden Kammer 16. Der
Druck in der Kammer 15 ist daher auch größer als der Druck in der radial nach innen
zu liegenden Zylinderkammer 75, die an die Niederdruckquelle über die Bohrungen
6 angeschlossen ist. Diese Druckdifferenz sorgt dafür, daß der radiale Flansch 35
des Ventilkolbens 31, wie in der Fig. 1 dargestellt, in Anlage gegen die dreieckförmige
Auspressung des Bügels 26 gehalten wird, so daß der Ventilkolben 31 den Übertritt
des Strömungsmittels von der Kammer 15 zu der Kammer 16 nicht verhindern kann.
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Wenn sich der Betätigungskolben 47 so weit nach rechts in der Fig.
1 bewegt :hat, daß sich die Kupplungsscheiben 97, 98 der Kupplung 107 gegeneinanderlegen,
hört eine weitere Bewegung der aus den Betätigungskolben 17, 47 und dem Zylinder
14 bestehenden Anordnung nach rechts in Fig. 1 sofort auf. Nunmehr gleichen sich
die Drücke in den Zylinderkammern 15 und 16 nahezu augenblicklich aus. Das unter
hohem Druck in der Zylinderkammer 78 befindliche Strömungsmittel strömt jedoch durch
die im Ringflansch 59 des Ventilkolbens 61 vorgesehenen Bohrungen 64 in die Zylinderkammer
16. Der Druck in der Kammer 16 wird nun größer als der Druck in der Kammer 15, so
daß sich .die in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten Rückschlagventile 41
gegen die Trennwand 8 legen und so den Durchfluß durch die Öffnungen 37 schließen.
Damit ist ein Übertritt des Strömungsmittels von der Zylinderkammer 15 zu der Zylinderkammer
16 nicht mehr möglich, da ein Teil der Öffnungen 37 durch diejenigen Ventile 41,
die auf der in Fig. 1 rechts liegenden Seite der Trennwand 8 angeordnet sind, und
die übrigen Öffnungen 37 durch den sich gegen die Ringschultern 39 der Buchsen 38
legenden Ventilkolben 61 abgesperrt sind. Die Druckerhöhung in der Zylinderkammer
16 verursacht eine geringfügige weitere Bewegung des Betätigungskolbens 47 nach
rechts (Fig. 1), wodurch die Lamellen der Kupplung 107 in festen Reibungsschluß
miteinander treten. Der durch diese Bewegung der aus den Betätigungskolben 17, 47
und dem Zylinder 14 bestehenden Anordnung in der Zylinderkammer 15 auftretende erhöhte
Druck kann sich über die Bohrungen 34 im Ringflansch 29 des Ventilkolbens 31, die
Kammer 75 und die Bohrungen 6 zur Niederdruckquelle hin
Führungsform nach Fig. 1 übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen.
Der einzige Unterschied zwischen den beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen
besteht darin, daß die Ventilkolben 31 und 61 der Fig. 1 geringfügig abgewandelt
sind. Diese abgewandelten Kolben tragen in der Fig. 2 die Bezugszeichen 31' und
61' und sind mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Vertiefungen 141
bzw. 143 versehen, von denen jede als Widerlager für das eine Ende einer Druckfeder
142 bzw. 144 'dient, deren anderes Ende sich gegen die Trennwand 8 legt. Diese verhältnismäßig
schwachen Federn 142 und 144 setzen die Ventilkolben 31', 61' unter eine geringe
Vorspannung, so daß bei Beginn der Rückzugsbewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung
17, 47, 14 das Abheben dieser Ventilkolben von der Trennwand 8 erleichtert
wird.
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Die Ventilkolben 31, 61, 31', 61' bewegen sich beim Einrücken der
einen oder anderen Lamellenkupplung 106 oder 107 auch dann in eine
Stellung, in der der Strömungsmittelfluß durch eine der Gruppen von Rückschlagventilen
41 in der Trennwand 8
verhindert wird, wenn die Druckdifferenz zwischen
der Hochdruck- und der Niederdruckquelle verhältnismäßig klein ist. Es wird also
auch ein festes, rutschfreies Einrücken der Lamellenkupplung erreicht, wenn der
hohe Druck, welcher zwecks Einschaltens eines Ganges einer der Lamellenkupplungen
zugeführt wird, infolge einer Störung nur einen im Vergleich zum Normalzustand verringerten
Wert hat. Im übrigen ist die Vorrichtung, um die Kolben-Zylinder-Anordnung in ihre
mittlere oder neutrale Stellung zu bewegen und zu halten, äußert einfach und nicht
von einem Summeneffekt einer Mehrzahl von Federn abhängig. Außerdem ist stets, wenn
sich der Zylinder 14 aus seiner Mittellage heraus bewegt, der eine oder der andere
Ventilkolben 31, 61, 31', 61' maximal weit von der Trennwand 8 infolge der Druckdifferenzen
entfernt, die dann in der beschriebenen Weise auf diese Kolben wirken. Da der Zylinder
14 ständig mit Öl angefüllt bleibt, ergibt sich ein äußerst rasches Einrücken
der jeweils zu betätigenden Kupplung 106 oder 107; dabei erfolgt der Kupplungsvorgang
äußerst sanft und die Obertragung des hohen Drucks von den innen liegenden Kammern
75, 78 zu den außen liegenden Kammern 15, 16 geschieht nur nach und nach über die
Bohrungen 34, 64 mit kleinerem Querschnitt in den Ringflanschen 29, 59 der Ventilkolben.