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Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge,
deren treibender, mit der Motorwelle verbundener Teil einen zylindrischen Hohlraum
bildet, der eine ringförmige Trennwand enthält, durch die eine teilweise mit Öl
gefüllte Ringkammer gebildet wird, welche eine von außen gesteuerte Bremsvorrichtung
für das umlaufende Öl in Form eines Schaufelrades aufnimmt, wobei der Abtrieb über
zwei koaxial verlaufende Abtriebswellen erfolgt, welche innerhalb des Hohlraumes
unabhängig voneinander umlaufend durch den Hohlraum hindurchragen, und der treibende
Teil der Kupplung eine Anzahl entgegen dem Druck von Federn axial verschiebbarer
Druckscheiben aufnimmt, die an ihrem Umfang mit dem treibenden Teil drehfest verbunden
sind, wobei zwischen den Druckscheiben Kupplungsscheiben angeordnet sind, die auf
je einer der beiden Abtriebswellen drehfest und axial verschiebbar gelagert sind.
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Reibungskupplungen .dieser Bauart werden vorteilhaft für die Betätigung
von Schaltgetrieben verwendet, die mit Nebenwellen beispielsweise in Planeten-Bauart
arbeiten, um die Antriebsleistung z. B. auf die Räder von Kraftfahrzeugen kraftschlüssig
zu übertragen. Diese Kupplungen werden außerdem in vorteilhafter Weise bei automatischen
oder halbautomatischen Kraftübertragungssystemen verwendet, die den Zweck haben,
den Fahrer vollkommen oder teilweise von der von Hand auszuführenden Gangschaltbetätigung
zu entlasten.
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Für die Verwendung in automatischen oder halbautomatischen Kraftübertragungssystemen
werden diese Kupplungen im allgemeinen sowohl elektrisch als auch hydraulisch betätigt.
Im zweiten Fall erfordert die Anwendung der Kupplung das Vorhandensein eines hydraulischen
Steuersystems, welches beachtliche Nachteile und besonders beachtliche konstruktive
Schwierigkeiten mit sich bringen kann, ferner hohe Kosten, großen Raumbedarf und
die Möglichkeit von Betriebsstörungen bedingt.
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Zweck der Erfindung ist es, eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung
der genannten Art zu schaffen, welche ohne ein solches hydraulisches Steuersystem
auskommt und zur Verwendung für automatische oder halbautomatische Kraftübertragungssysteme
bestimmt ist, so daß sich ein sehr einfacher Aufbau und geringster Raumbedarf ergibt.
Dadurch soll außerdem die Störanfälligkeit der Kupplung herabgesetzt werden.
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Bekannt ist eine Reibungskupplung (USA.-Patentschrift 1618 643), die
einen treibenden Teil aufweist, der vom Antriebsaggregat in Drehung versetzt wird,
und in der ferner getriebene Scheiben, welche mit der Welle drehfest verbunden und
zueinander gleichachsig angeordnet sind, sowie Druckscheiben und Öl enthaltende
Kammern vorgesehen sind, wobei der durch die Zentrifugalkraft erzeugte Öldruck die
Anpressung der Kupplungsscheiben bewirkt: Hierbei handelt es sich um eine Kupplung,
mit der ein Elektromotor an eine Antriebsscheibe sanft und selbsttätig angeschlossen
werden soll, wobei der Hauptzweck in einer verzögerten und gradweisen Entleerung
von Öl aus einem umlaufenden Behälter in eine Kupplungskammer hinein besteht. Diese
bekannte Kupplung könnte jedoch selbst bei einer Hintereinanderschaltung von zwei
derartigen Kupplungen nicht für den Antrieb von zwei Antriebsscheiben derart dienen,
daß durch das Einkuppeln der einen Scheibe selbsttätig die andere abgekuppelt wird.
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Bekannt ist es ferner, bei Fliehkraftkupplungen zwei Druckscheiben
mechanisch miteinander zu verbinden sowie die Anordnung eines ortsfesten Elektromagneten,
der entgegen der Wirkung federnder Glieder Reibbeläge abhebt (französische Patentschrift
1152 768). Hierbei handelt es sich um eine Mehrscheibenkupplung, bei welcher
sämtliche Scheiben gleichzeitig ständig in der gleichen Richtung aneinandergedrückt
werden und diese Scheiben mit dem angetriebenen Gehäuse durch eine Federverbindung
zusammengeschlossen sind. Schließlich sind auch elektromagnetische Steuermittel
für Kupplungen allgemein bekannt.
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Demgegenüber geht die Erfindung von der eingangs genannten Ausführungsform
mit ihren bekannten Merkmalen aus (USA.-Patentschrift 2 908181 und französische
Patentschrift 1152 768). Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden,
derartige Kupplungen wesentlich zu vereinfachen, indem ein äußerer Speisekreislauf
mit dem entsprechenden Steuersystem in Wegfall kommt, so daß bei vermeidbarer Störungsanfälligkeit
auch ein verringerter Raumbedarf vorliegt, was gerade auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaus
von ausschlaggebender Bedeutung ist. Bei den bekannten Kupplungen, von denen die
Erfindung ausgeht, liegt nämlich einmal der Nachteil vor (USA.-Patentschrift 2 908
181), daß für den Antrieb einer Reibungskupplung mit zwei mit den Ausgangswellen
verbundenen Reibscheiben zwei Hydraulikzylinder mit entsprechender Steuerung erforderlich
sind, welche zwei hydraulisch gesteuerte Ventile umfaßt, von denen eines zum Schalten
von der unteren zur mittleren und das andere von der mittleren zur oberen Schaltstufe
dient. Diese Ventile sprechen für das Steuern der Hydraulikzylinder auf denjenigen
Öldruck an, der durch zwei Pumpen erzeugt wird, die durch die Ausgangswellen angetrieben
und vom Ölsumpf des Schaltgetriebes aus gespeist werden. Ferner weisen die Druckscheiben
Mittel auf, welche Gegengewichte sowie Streben zum Aufheben der Druckwirkung umfassen,
die durch die auf das in den Hydraulikzylindern befindliche Öl einwirkenden Schleuderkräfte
hervorgerufen werden, um die Reibscheiben ausgerückt zu halten.
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Weiterhin sind für bekannte Zweischeibenreibungskupplungen zwei hydraulische
Kolben nötig (französische Patentschrift 1209 290), die durch zwei Pumpen über einen
Verteiler und zwei getrennte Leitungen mit Drucköl versorgt werden. Bei einer weiteren
bekannten Zweischeibenkupplung (britische Patentschrift 965 139) ist eine Handbetätigung
über eine mechanische übertragung vorgesehen.
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Eine bekannte Kupplung (französische Patentschrift 1211563)
trägt eine Ausgangswelle, auf welcher sich eine einzige Reibscheibe befindet. Diese
Kupplung wird durch einen ein Schaufelrad enthaltenden Hydraulikzylinder gesteuert
und mit Öl unter hydrostatischen Druck aus einem Behälter gespeist, welcher über
eine Zufuhrleitung sowie über Durchlässe, die zwischen den Zähnen von Klauenkupplungen
liegen, und über ein Differentialventil mit dem Hydraulikzylinder in Verbindung
steht. Ferner ist zwischen diesem Zylinder und dem Behälter eine Entlüftungsleitung
vorgesehen. Bei der Drehung der Kupplung steigt der Öldruck im Hydraulikzylinder
infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte an und betätigt einen
Kolben
entgegen der Kraft von Federn, indem er aus dem Hydraulikzylinder das Öl ansaugt
und die Kupplung einrückt. Wird das Schaufelrad durch einen Elektromagneten stillgesetzt,
dann sinkt der Öldruck ab und gibt die Kraft der Federn zum Ausrücken der Kupplung
frei, bewegt den Kolben wieder in seine Ausgangsstellung zurück und leitet das überschüssige
Öl vom Hydraulikzylinder in den Behälter zurück.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einer Reibungskupplung der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckscheiben innerhalb
des Hohlraumes des treibenden Teils der Kupplung in bekannter Weise ringförmige,
teilweise mit Öl gefüllte Kammern bilden, von denen zwei Kammern mit Erweiterungen
für die Aufnahme des durch die Zentrifugalkraft abgeschleuderten Öls versehen sind,
und eine Leitung vorgesehen ist, welche die die Bremsvorrichtung enthaltende Ringkammer
mit wenigstens einer der übrigen Kammern hydraulisch verbindet. Weitere Erfindungsmerkmale
bestehen darin, daß die beiden Druckscheiben innerhalb der zugeordneten Ringkammern
durch mit diesen Scheiben fest verbundene Bolzen im Abstand voneinander gehalten
werden und so miteinander verbunden sind, daß sich diese Scheiben gemeinsam entgegen
der Wirkung der zugeordneten Federn bewegen können, wenn sich Öl unter Druck lediglich
in einer der beiden Ringkammern befindet.
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In vorteilhafter Weiterentwicklung sind die Erweiterungen der Ringkammern
als ringförmige Aussparung ausgebildet, die sich radial über den größten Durchmesser
der Kupplungsscheiben hinaus erstrecken und das gesamte Öl der Ringkammern aufnehmen,
wenn sich infolge der Drehung der Kupplung die Ringkammern entleeren. Dabei können
gemäß der Erfindung die durch die Druckscheiben abgeteilten Kammern in dem Raum
um die Mittelachse der Kupplung herum miteinander in Verbindung stehen.
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Nachstehend wird die Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel an Hand
einer schematischen Zeichnung erläutert.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Kupplung
zwei hintereinanderliegende Abtriebswellen 3 und 4, die je durch eine mit ihr fest
verbundene Kupplungsscheibe 6 bzw. 9 angetrieben werden. Die Anzahl der Kupplungsscheiben
und der Abtriebswellen kann jedoch ohne weiteres entsprechend den Erfordernissen
des Schaltgetriebes, für welches die Kupplung bestimmt ist, geändert werden.
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Die Kupplung umfaßt einen treibenden Teil 1, welcher innen hohl und
mit der Motorwelle 2 fest verbunden ist. Gleichachsig zum treibenden Teil t und
zueinander sind die Abtriebswellen 3 und 4 angeordnet, welche sich frei gegeneinander
drehen können. Auf der Abtriebswelle 3 ist die beiderseits mit einem Reibbelag 7
versehene Kupplungsscheibe 6 mittels einer Keilverzahnung 5 drehfest angeordnet.
In derselben Weise ist auf der Abtriebswelle 4 mittels der Keilverzahnung 8 die
Kupplungsscheibe 9 drehfest aufgekeilt, welche beiderseits mit einem Reibbelag 10
versehen ist, zwischen dem sich Federn 10 a abstützen. Eine weitere mit einem Reibbelag
12 versehene Scheibe 11 ist auf der Abtriebswelle 3 frei drehbar gelagert bzw. auf
dieser mittels eines Freilaufs 13 aufgesetzt.
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Die Kupplungsscheiben 6, 9 und 11 sind im inneren hohlen Teil des
treibenden Teils 1 der Kupplung untergebracht, in welchem außerdem Druckscheiben
14, 15 und 16 angeordnet sind. Diese Druckscheiben stehen unter der Wirkung von
Federn 17 und 18, wobei die Druckscheiben 15 und 16 miteinander durch Bolzen 19
verbunden sind. Die Druckscheiben 14, 15 und 16 sind außerdem mit Dichtungen 20,
21 und 22 versehen und unterteilen daher den inneren Hohlraum des treibenden Teils
1 in Kammern 23, 24, 25 und 26, die jedoch im mittleren Teil der Kupplung, d. h.
in Nähe der Abtriebswellen 3 und 4, miteinander in Verbindung stehen. Die Kammern
24 und 26 stehen außerdem mittels einer am Umfang des Teils 1 angebrachten Leitung
27 untereinander in Verbindung. An ihrem Außenumfang weist die Kammer 23 eine Erweiterung
in Form einer ringförmigen Aussparung 23 a auf, deren radiale Abmessung größer ist
als der größte Durchmesser der getriebenen Kupplungsscheibe 6.
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Von den Reibbelägen befindet sich bei der beschriebenen Ausführungsart
der Belag 7 der Kupplungsscheibe 6 zwischen der Stirnwand des treibenden Teils 1
und der Druckscheibe 14, der Belag 10 der Kupplungsscheibe 9 zwischen der Druckscheibe
16 und einer am treibenden Teil 1 befestigten Wand 28, gegen welche sich unter der
Wirkung der Federn 18 die Druckscheibe 15 abstützt, und der Belag 12 der Reibscheibe
11 zwischen den Druckscheiben 14 und 15.
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Die Kammer 26 wird außerdem durch eine ringförmige Scheidewand 29
in zwei Ringkammern 26 a und 26 b unterteilt, von denen sich in der Ringkammer 26
a eine Bremsvorrichtung 30 in Form eines Schaufelrades befindet, welches sich mittels
einer Buchse 31 auf der Abtriebswelle 4 drehbar abstützt. Auf der Buchse 31 ist
außerdem eine Scheibe 32 aufgekeilt, welche durch die Wirkung von Federn 33 gegen
Reibbeläge 34 gedrückt wird, die auf dem treibenden Teil 1 der Kupplung fest angebracht
sind. Die Scheibe 32 ist mit ringförmigen, ferromagnetischen Einlagen 36 versehen,
welche einem Elektromagneten 37 unmittelbar gegenüberliegen, der vom feststehenden
Kupplungsgehäuse 38 aufgenommen wird. Der innere Hohlraum des treibenden Teils 1,
nämlich die Kammern 23, 24, 25 und 26, enthält Öl, dessen Spiegel in der Ruhestellung
der Kupplung die mit L bezeichnete Höhenlage einnimmt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist diese Kupplung mit einem
an sich bekannten automatischen Schaltgetriebe mit Nebenwelle verbunden. Beim Anlassen
des Motors wird das durch die Drehung .des treibenden Teils 1 mitgerissene Öl infolge
Zentrifugalwirkung an den Umfang der Kupplung hin verlagert. Der Rauminhalt der
Kammern 23, 24, 25 und 26 sowie die Höchstmenge des in ihnen enthaltenen Öls ist
so berechnet, daß sich infolge der Drehung des treibenden Teils 1 das in der Kammer
23 enthaltene Öl vollständig in der ringförmigen Aussparung 23 a derselben und das
Öl der Kammer 25 ebenso in der ringförmigen Aussparung 25 a derselben ansammelt.
Hierbei wirkt das Öl bei der dargestellten Kupplungsstellung einmal auf die Druckscheibe
14 und verschiebt dieselbe nach links, ferner auf die Druckscheibe 15, welche
nach rechts verschoben wird, und außerdem auf die Druckscheibe 16, welche sich nach
links bewegt.
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Die Wirkung des Öls auf die Druckscheibe 15 hebt infolge der Verbindung
durch die Bolzen 19 die Wirkung
des Öls auf die Druckscheibe 16
auf, so daß die Kupplungsscheibe 9 sieh von der am treibenden Teil 1 befestigten
Wand 28 frei abhebt. Infolge ;der Wirkung des Öls auf die Druckscheibe 14 ergibt
sich dagegen das Bestreben, den Reibbelag 7 der Kupplungsscheibe .6 gegen die Stirnfläche
des treibenden Teils 1 in Anlage zu bringen; diese Wirkung reicht jedoch nicht aus,
um eine Drehmomentübertragung vom treibenden Teil t auf die getriebene Kupplungsscheibe
6 durchzuführen, solange die Drehzahl des Motors unterhalb eines Mindestwertes liegt,
weil die Kraft der Federn 17 dem Öldruck auf die Druckscheibe 14 wirksam entgegensteht.
Wenn der Motor also noch unter .einer bestimmten Mindestdrehzahl arbeitet, sind
beide Kupplungsscheiben 6 und 9 ausgekuppelt, so daß eine Kraftübertragung nicht
stattfindet.
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Um das Anfahren und die Fahrt des Kraftfahrzeuges im 1. Gang zu erreichen,
kuppelt der Fahrer durch einen besonderen Hebel an der Instrumententafel .die Gruppe
der Vorwärtsgänge ein, indem er z. B. einen automatischen Geschwindigkeitsregler
einschaltet. Dieser erregt den Elektromagneten 37, der die Scheibe 32 anzieht und
das Schaufelrad der Bremsvorrichtung 30 festsetzt. Beim Fehlen eines automatischen
Geschwindigkeitsreglers wird der Elektromagnet 37 .durch einen Schalter betätigt,
der sich beim Bewegen des Schalthebels schließt.
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Beim Stillstand des Schaufelrades der Bremsvorrichtung 30 hört die
Drehung der Ölmasse in der Ringkammer 26 a auf, und infolgedessen sinkt der Druck
in derselben. Durch das Vorhandensein der Verbindungsleitung 27 kann der in der
Kammer 24 herrschende Öldruck das Öl aus der Kammer 24 selbst herausbefördern, so
daß dieses Öl durch die Leitung 27 in die Kammer 26 fließt. Auf diese Weise leert
sich die Kammer 24, so daß das nunmehr in der Kammer 26 befindliche Öl auf die Druckscheibe
16 wirkt, die sich axial nach links verschiebt und die Mitnahme der getriebenen
Kupplungsscheibe 9 bewirkt. Die Verschiebung .der Druckscheibe 16 wird . durch das
Fehlen des Öls in der Kammer 24 möglich, so daß sich auch die Druckscheibe 15 in
Übereinstimmung mit der Druckscheibe 1,6 verschieben kann, mit der sie durch
die Bolzen 19 verbunden ist, da die Druckscheibe 15 unter keinerlei Druck steht.
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Die Kupplungsscheibe 9 ist daher zum Einkuppeln vorbereitet, welches
nur dann stattfindet, wenn der Motor und damit der treibende Teil l der Kupplung
die erwähnte Mindestdrehzahl überschreitet, so daß die Wirkung des Öls auf die Druckscheibe
16 den Druck der Federn 18 aufheben kann. Bei einer fortgesetzten Beschleunigung
des Motors nimmt daher im gleichen Maße auch die Zentrifugalkraft des Öls zu, was
zu einer allmählichen, stoßfreien Mitnahme der getriebenen Kupplungsscheibe 9 führt.
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Unter diesen Bedingungen überträgt die Kupplungsscheibe 9 das Motordrehmoment
auf die Abtriebswelle 4, welche über das Getriebe die angetriebenen Räder in Drehung
versetzt. Das Fahrzeug fährt im 1. Gang und wird beschleunigt. Hierbei ist darauf
zu verweisen, daß die angetriebene Kupplungsscheibe 6 im 1. Gang mit einer Drehzahl
umläuft, die einen Bruchteil der Motordrehzahl darstellt und zu dem Verhältnis zwischen
dem 1. und dem direkten Gang proportional ist.
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Die Betätigung zum Übergang vom 1. auf den 2. Gang wird im vorliegenden
Beispiel von dem zum Kraftübertragungssystem gehörigen Geschwindigkeitsregler bewirkt.
Beien Fehlen eines solchen Reglers wird die Betätigung des Übergangs vom 1. auf
den 2. Gang durch den Fahrer ausgeführt.
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In jedem Fall wirkt diese Betätigung zur Durchführung des Gangwechsels
durch das Abschalten des Elektromagneten 37 und .durch Erregung eines Elektromagneten,
der die Einschaltung der weiteren Gänge bewirkt.
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Durch die Unterbrechung der Stromzuführung zum Elektromagneten 37
gibt dieser die Scheibe 32 frei, welche sich durch die Schubwirkung der Federn 33
gegen den Reibbelag 34 anlegt, welcher mit dem treibenden Teil l fest verbunden
ist. Dadurch wird die Scheibe 32 durch den treibenden Teil 1 mitgenommen und in
Drehung versetzt und dadurch auch das aufgekeilte Schaufelrad der Bremsvorrichtung
30. Infolgedessen vergrößert sich das Zentrifugalfeld in der Ölmasse .der Kammer
26, so daß Öl über die Verbindungsleitung 27 wieder in die Kammer 24 fließt.
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Dadurch wird in den Kammern 24 und 26 ein gleicher Ölpegel erreicht;
das Kupplungssystem nimmt wieder die Stellung ein, wie sie in bezug auf den Anlaßzustand
des Motors erläutert wurde. Hierbei wirkt das Öl in der Kammer 24 auf die Druckscheibe
15, welche über die aneinanderstoßenden Bolzen 19 und 19 a die Wirkung der Druckscheibe
16 auf die angetriebene Kupplungsscheibe 9 aufhebt und diese daher vom treibenden
Teil 1 trennt. Das Öl der Kammer 24 wirkt außerdem auf die Druckscheibe 14 und bewirkt
daher die Mitnahme der getriebenen Kupplungsscheibe 6 durch den treibenden Teil
1 der Kupplung.
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Die Übertragung des Motordrehmoments geht daher von der getriebenen
Kupplungsscheibe 9 auf die getriebene Kupplungsscheibe 6 über und damit auf die
Abtriebswelle 3. Es ist jedoch zu bemerken, daß trotz des Aufhörens der Wirkung
der Druckscheibe 16 auf die Kupplungsscheibe 9 deren Reibbelag 10 durch das Vorhandensein
der Federn 10 a eine leichte Berührungsanlage mit der Druckscheibe 16 und
der Wand 28 des treibenden Teils 1 beibehält.
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Für den Übergang vom 2. auf den 3. Gang werden im wesentlichen die
Arbeitsgänge wiederholt, wie sie bereits für den Übergang vom 1. auf den 2. Gang
beschrieben wurden. Für den Übergang vom 3. Gang zum Direktgang wird das Motordrehmoment
vom treibenden Teil l der Kupplung her auf die getriebene Kupplungsscheibe 6 und
von dieser über die Abtriebswelle 3 direkt auf die Räder übertragen. Das Fahrzeug
fährt im Direktgang und wird beschleunigt.
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Für den Übergang vom Direktgang zu den langsameren Gängen werden im
wesentlichen die bereits beschriebenen Arbeitsgänge im umgekehrten Sinne widerholt.
Auf jeden Fall wirkt die erfindungsgemäße Kupplung auch beim Übergang von den schnelleren
zu den langsameren Gängen in der vorher beschriebenen Weise, d. h., daß sie während
des Übergangs von einem zum anderen Gang die Leistung von der getriebenen Kupplungsscheibe
9 auf die getriebene Kupplungsscheibe 6 derart umlegt, daß der Übergang zum nächsten
Gang kontinuierlich und ohne Leistungsunterbrechung erfolgt.
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Bei der beschriebenen Kupplung ist auf die getriebene Reibscheibe
11 hingewiesen worden, welche durch einen Freilauf 13 drehbar auf der Abtriebswelle
3 gelagert ist. Die Reibscheibe 11 wird mit dem treibenden Teil 1 durch die Wirkung
der von der Feder 17 angedrückten Druckscheibe 14 gekuppelt, wobei dieses Einkuppeln
nur bei einer Drehzahl des.
treibenden Teils 1 unterhalb eines bestimmten
Wertes erfolgt. Die Reibscheibe 11 hat den Zweck, den Leerlauf des Kraftfahrzeuges
zu ermöglichen, so daß vermieden wird, daß der Motor ungewollt zum Stillstand kommt,
wie es oft bei den bekannten Schaltgetrieben eintritt. Der Freilauf 13 gibt die
Möglichkeit, daß der Motor mit einer höheren Drehzahl umläuft als die Abtriebswelle
3 und nicht umgekehrt. Die Reibscheibe 11 erlaubt außerdem in Verbindung mit dem
Freilauf 13 das Anlassen des Motors durch Anschieben des Fahrzeuges.