DE19717803C1

DE19717803C1 - Übertragungskupplung mit Rangiercharakteristik

Info

Publication number: DE19717803C1
Application number: DE19717803A
Authority: DE
Inventors: Christian Gasch
Original assignee: GKN Viscodrive GmbH
Current assignee: GKN Viscodrive GmbH
Priority date: 1997-04-26
Filing date: 1997-04-26
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-27
Also published as: GB2324582A; KR19980081754A; JP2990506B2; GB9808645D0; US5967275A; JPH10311353A; GB2324582B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung, umfassend zwei ineinander gelagerte, um eine gemeinsame Längsachse gegeneinander drehbare Teile, die eine mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllte Kammer miteinander bilden, die von einem axial verschieblichen Kolben abgeschlossen wird, der in einer Ruheposition ist, wenn die gegeneinander drehbaren Teile nicht gegeneinander drehen, und in der zwischen einem Paar von Oberflächen, die dem einen und dem anderen der gegeneinander drehbaren Teile angehören, zumindest ein umfangsgerichteter Scherkanal gebildet ist, in dem bei rela tiver Drehung zwischen den gegeneinander drehbaren Teilen ein Druck in der Flüssigkeit aufgebaut wird, der den Kolben beauf schlagt, und umfassend eine von dem Kolben beaufschlagbare Rei bungskupplung, die in der Ruheposition des Kolbens ausgerückt ist, mit Reibungselementen, die wechselweise mit dem einen und dem anderen der gegeneinander drehbaren Teile drehfest und axial verschieblich verbunden sind und mit einem Anschlagteil, das einem der drehbaren Teile axial fest zugeordnet ist, zur Drehmo mentübertragung zwischen den gegeneinander drehbaren Teilen in Abhängigkeit von einer relativen Drehung, sowie mit einer Feder anordnung, die sich am Anschlagteil abstützt und auf eine Druck platte einwirkt, die die Reibungselemente der Reibungskupplung in der Ruheposition des Kolbens unter einer bei beginnender relativer Drehung Reibung erzeugenden Vorspannung gegen ein weiteres Anschlagteil hält.

Kupplungen nach dem genannten Prinzip werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung Visco Lok-Kupplungen angeboten und sind in der DE 43 27 519 A1 und der DE 43 43 307 A1 bereits beschrieben.

Sie dienen zum einen als Differentialsperre in Differential getrieben, wie sie innerhalb von Antriebsachsen als Achsdiffe rential oder zwischen zwei Antriebsachsen als Verteilerdifferen tial zur Anwendung kommen. Daneben sind sie auch in Alleinanord nung im Antriebstrang eines Fahrzeugs einsetzbar, bei dem nur bei Drehzahldifferenz zwischen den Achsen des Fahrzeugs eine zusätzliche Achse zeitweise mit Drehmoment beaufschlagt werden soll (hang on-Lösung).

Aus der DE 44 44 027 A1 sind Doppelanordnungen derartiger Kupp lungen bekannt, die anstelle eines Differentialgetriebes in einer nicht ständig angetriebenen Achse eines Fahrzeugs einsetz bar sind; auch hier werden nur bei einer Drehzahldifferenz zwi schen den Achsen des Fahrzeugs die Räder der genannten Achse zeitweise mit Drehmoment beaufschlagt.

Da die Kupplungen erst bei vorhandener Drehzahldifferenz zuneh mend eine Sperrwirkung aufbauen, ist beim Anfahren aus dem Stillstand aller Räder ihre Sperrwirkung noch gleich Null, so daß ein anfängliches Durchdrehen eines der Räder bei unter schiedlichem Fahrbahnreibbeiwert (µ split) leicht möglich ist. Um dies zu vermeiden ist bereits vorgeschlagen worden, eine Federanordnung vorzusehen, die die Reibungselemente bereits bei Ruhelage des Kolbens mit einer Vorspannung beaufschlagt, so daß eine Sperrwirkung bereits bei Drehzahl Null aller Räder vorhan den ist. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß dadurch auch der Rangierbetrieb des Fahrzeugs, bei dem typischerweise Drehzahldifferenzen zwischen den gelenkten Rädern untereinander bzw. zwischen den gelenkten Rädern und den ungelenkten Rädern auftreten, merkbar erschwert ist.

Aus der DE 196 02 752 C2 ist eine Kupplung der genannten Art bekannt, bei der die Reibungselemente der Reibungskupplung be reits in Ruheposition des Kolbens von einer Federanordnung unter einer bei beginnender relativer Drehung Reibung erzeugenden Vorspannung gehalten werden. Damit ist bereits bei Fahrzeug stillstand eine Sperrwirkung gegeben, so daß einem Durchdrehen einzelner Räder beim Anfahren entgegengewirkt wird. Die mit zunehmender relativer Drehung steigende Sperrwirkung erschwert jedoch die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs im Rangierbetrieb erheblich.

Hiervon ausgehend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung der genannten Art bereitzustellen, die bei Dreh zahl Null einen Sperrwert aufbaut, jedoch ein verbessertes Ran gierverhalten des Fahrzeuges zuläßt. Die Lösung hierfür ist gekennzeichnet durch eine Übertragungsanordnung, mit der der Kolben bei axialer Verschiebung die Druckplatte entgegen der Kraft der Federanordnung in Richtung auf das erste Anschlagteil verschiebt, einen Axialspalt zwischen dem Kolben in der Ruhepo sition und dem weiteren Anschlagteil, das in Richtung auf das erste Anschlagteil verschiebbar ist, und einen Axialspalt zwi schen den Reibungselementen bzw. der Druckplatte und dem ersten Anschlagteil in der Ruheposition des Kobens. Mit der hiermit vorgeschlagenen Vorrichtung sind die Reibungselemente, d. h. also üblicherweise die Reiblamellen einer üblichen Lamellenkupp lung von der genannten Federanordnung beaufschlagt, wenn sich der Kolben mangels relativer Drehung zwischen den gegeneinander drehbaren Teilen in seiner unbeaufschlagten Ruheposition befin det. Die Federanordnung hält die Reibungselemente hierbei gegen ein weiteres Anschlagteil, das in Richtung auf die Federanord nung aus einer Ruheposition heraus verschiebbar ist. Die be sonderen Eigenschaften der Kupplung werden weiterhin durch zwei Axialspalte sichergestellt, deren Anordnung und Funktion wie folgt ist. Ein erster Axialspalt liegt zwischen dem Kolben in der Ruheposition und dem weiteren Anschlagteil. Hierdurch wird bewirkt, daß während eines ersten Teils eines Axialweges des Kolbens entsprechend einem ersten Bereich einer Differenzdreh zahl zwischen die gegeneinander drehbaren Teilen die Druckplatte zurückgeschoben wird, so daß im Bereich kleinerer Relativdreh zahlen die Reibungselemente entlastet werden und die Sperrwir kung für den Rangierbetrieb aufgehoben wird. Der zweite Axial spalt liegt zwischen den Reibungselementen bzw. der Druckplatte und dem ersten Anschlagteil, und bewirkt, daß nach Entlastung der Reibungsanordnung in einem Bereich zunehmender Drehzahldif ferenz und damit zunehmenden Kolbenwegs zunächst die Sperrwir kung nahe Null bleibt. Erst nach Überwinden des zweiten Axial spaltes, wenn über das verschiebbare weitere Anschlagteil die Reibungselemente gegen das erste Anschlagteil gefahren werden und zunehmend beaufschlagt werden, nimmt die Sperrwirkung wieder zu, so daß die Kupplung im normalen Fahrbetrieb die gewünschte Sperrwirkung aufweist.

Der Bereich geringerer Sperrwirkung liegt üblicherweise bei Drehzahldifferenzen zwischen 5 und 20 min.^-1.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längshalbschnitt durch eine erfindungge mäße Kupplung;

Fig. 2 zeigt die Kennlinie einer erfindungsgemäßen Kupplung in der Darstellung übertragbares Drehmoment (T) über Drehzahldifferenz Δn.

In Fig. 1 ist die Kupplung mit einer Druckerzeugungseinheit 11 und der Reibungskupplungseinheit 12 erkennbar, die jeweils mit zwei gegeneinander drehbaren Teilen verbundene Komponenten ha ben. Das erste der genannten Teile umfaßt im wesentlichen zwei Naben 13, 14, die unabhängig voneinander ausgeführt sind, jedoch jeweils über Innenverzahnungen 15, 16 verfügen, in die ein Wellenzapfen oder eine Hülse einsteckbar ist, die zur drehfesten Kupplung der Naben 13, 14 führt. Das zweite der gegeneinander drehbaren Teile umfaßt im wesentlichen ein Gehäuse mit einem Zylindermantel 17, an dessem einem Ende ein erster Deckel 18 eingesetzt ist, der sich über einen Sicherungsring 19 axial am Mantel 17 abstützt und an dessem zweiten Ende ein zweiter Deckel 20 angeschweißt ist. Der Deckel 20 hat eine Innenverzahnung 21, um mit einem zweiten Wellenzapfen verbunden zu werden. Der erst genannte Deckel 18 sitzt drehfest in dem zweiten der drehbaren Teile ein und bildet mit einem Kolben 22 eine Kammer 23, die mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllt ist. Der Kolben 22 ist gegen über dem Deckel 18 axial verschiebbar und dreht vorzugsweise mit diesem gemeinsam. Im Deckel 18 ist ein Reservoir 24 ausgebildet, das mit einem verschiebbaren Ringkolben 25 abgeschlossen ist, der sich an einer Tellerfeder 26 elastisch abstützt. Das Reser voir 24 ist über einen Kanal 27 mit der vorher erwähnten Kammer 23 verbunden. In der Kammer 23 läuft ein Rotor 28, der über eine Verzahnung 29 mit der Nabe 13 drehfest verbunden ist. Der Rotor 28 bildet einen umfangsgerichteten Scherkanal 31, der zum ande ren von einem Steuerkörper 32 begrenzt wird, der im wesentlichen mit dem Deckel 18 umläuft und gegenüber diesem nur begrenzt verdrehbar ist. Eine Relativdrehung zwischen dem Rotor 28 und dem Deckel 18 führt in Folge Flüssigkeitsscherung im Scherkanal 32 zu einer Druckerhöhung in der Kammer 23 und damit zu einer Axialverschiebung des Kolbens 22. Der Deckel 18 und der Kolben 22 sind durch Dichtungen 33 bzw. 34 gegenüber der Nabe 13 und durch eine Dichtung 30 gegeneinander abgedichtet.

Die Reibungsanordnung umaßt innere Reibungslamellen 35, die mit einer Längsverzahnung 36 auf der Nabe 14 drehfest verbunden sind, wobei ihre Axialverschieblichkeit erhalten ist, sowie äußere Reibungslamellen 37, die mit einer Innenverzahnung 38 der Hülse 17 zusammen wirken und auf dieser Weise drehfest mit die ser bei Wahrung ihrer Axialverschieblichkeit verbunden sind. Axiale Luftspalte zwischen den inneren Reibungslamellen 35 und den äußeren Reibungslamellen 36 sind übertrieben groß darge stellt. An dem bezüglich des Kolbens entgegengesetzten Ende der Reibungslamellen liegt eine Druckplatte 39, die von einer axial verschiebbaren Druckplatte 40 beaufschlagt werden kann. Diese wird von einer Tellerfeder 41 beaufschlagt, die sich an dem als erstes Anschlagteil wirkenden Deckel 20 abstützt. Am Ende der Kupplungsanordnung auf seiten des Kolbens ist ein Sicherungsring 42 auf der Nabe 14 vorgesehen, an dem sich eine zweite Druck platte 43 abstützt, die als zweites Anschlagteil wirkt. Zwischen dem Kolben 22 und der Druckplatte 43 ist ein erster Axialspalt 44 erkennbar. Zwischen der Druckplatte 39 und dem Deckel 29 ist ein zweiter Axialspalt 45 vorgesehen. Der Kolben 22 ist hierbei in Ruhestellung dargestellt. Die Vorspannung der Tellerfeder 41 verschiebt die Druckplatte 39 nach links und bringt die Rei bungselemente auf Anschlag mit der Druckplatte 43 und dem Siche rungsring 42. Zwischen dem Kolben 22 und der Druckplatte 39 ist eine Mehrzahl von zumindest drei umfangsverteilten Stoßstangen 47 vorgesehen, die durch die Reibungslamellen hindurchgreifen, wie rechts in der Einzelheit dargestellt. Bei einer Axialver schiebung des Kolbens 22 werden damit die Reibungslamellen zu nächst von der Belastung durch die Tellerfeder 41 entlastet. Erst nach Überwinden beider Luftspalte 44, 45 durch Axialver schiebung wird eine Kupplungswirkung zwischen den Reibungslamel len bei weiterhin zunehmender Differenzdrehzahl aufgebaut.

In Fig. 2 ist die Kennlinie der Reibungskupplung nach Fig. 1 dargestellt, und zwar mit dem Drehmoment T in Nm über der Dreh zahldifferenz Δn zwischen dem ersten und dem zweiten der gegen einander drehbaren Teile in min^-1. Bei Drehzahldifferenz Null ist ein Ruhemoment T₀ erkennbar, das mit zunehmender Drehzahl bis zur Drehzahldifferenz von Δn₁ linear abfällt auf einen Wert T_1,2. Dieser Wert bleibt in einem Bereich zwischen einer Drehzahldif ferenz Δn₁ und einer Drehzahldifferenz Δn₂ konstant, um dann mit zunehmender Drehzahldifferenz linear anzusteigen. Das Zustande kommen dieser Kurve war bereits oben erläutert worden.

Bezugszeichenliste

11

Druckerzeugungseinheit

12

Reibungskupplungseinheit

13

Nabe

14

Nabe

15

Innenverzahnung

16

Innenverzahnung

17

Mantel

18

Deckel

19

Sicherungsring

20

Deckel

21

Innenverzahnung

22

Kolben

23

Kammer

24

Reservoir

25

Kolben

26

Tellerfeder

27

Verbindungskanal

28

Rotor

29

Verzahnung

30

Dichtung

31

Scherkanal

32

Steuerscheibe

33

Dichtung

34

Dichtung

35

Innenlamellen

36

Außenverzahnung

37

Außenlamellen

38

Innenverzahnung

39

Scheibe

40

Druckplatte

41

Tellerfeder

42

Sicherungsring

43

Scheibe

44

Axialspalt

45

Axialspalt

47

Schubstange

Claims

1. Kupplung umfassend zwei ineinander gelagerte, um eine ge meinsame Längsachse gegeneinander drehbare Teile, die eine mit hochviskoser Flüssigkeit gefüllte Kammer (23) mitein ander bilden, die von einem axial verschieblichen Kolben (22) abgeschlossen wird, der in einer Ruheposition ist, wenn die gegeneinander drehbaren Teile nicht gegeneinander drehen, und in der zwischen einem Paar von Oberflächen, die dem einen und dem anderen der gegeneinander drehbaren Teile angehören, zumindest ein umfangsgerichteter Scherkanal (31) gebildet ist, in dem bei relativer Drehung zwischen den gegeneinander drehbaren Teilen ein Druck in der Flüssigkeit aufgebaut wird, der den Kolben (22) beaufschlagt, und um fassend eine von dem Kolben (22) beaufschlagbare Reibungs kupplung (12), die in der Ruheposition des Kolbens (22) ausgerückt ist, mit Reibungselementen (35, 37), die wech selweise mit dem einen und dem anderen der gegeneinander drehbaren Teile drehfest und axial verschieblich verbunden sind und mit einem Anschlagteil (20), das einem der dreh baren Teile axial fest zugeordnet ist, zur Drehmomentüber tragung zwischen den drehbaren Teilen in Abhängigkeit von einer relativen Drehung, sowie mit einer Federanordnung (41), die sich am Anschlagteil (20) abstützt und auf eine Druckplatte (39) einwirkt, die die Reibungselemente (35, 37) der Reibungskupplung (12) in der Ruheposition des Kol bens (22) unter einer bei beginnender relativer Drehung Reibung erzeugenden Vorspannung gegen ein weiteres Anschlagteil (43) hält, gekennzeichnet durch
eine Übertragungsanordnung (47), mit der der Kolben (22) bei axialer Verschiebung die Druckplatte (39) entgegen der Kraft der Federanordnung (40) in Richtung auf das erste Anschlagteil (20) verschiebt,
einen Axialspalt (44) zwischen dem Kolben (22) in der Ruhe position und dem weiteren Anschlagteil (43), das in Rich tung auf das erste Anschlagteil (20) verschiebbar ist, und
einen Axialspalt (45) zwischen der Druckplatte (40) bzw. den Reibungselementen (35, 37) und dem ersten Anschlagteil (20) in der Ruheposition des Kolbens (22).