DE19750544C2

DE19750544C2 - Viskokupplung, insbesondere als elektromotorisch angetriebene Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19750544C2
Application number: DE1997150544
Authority: DE
Inventors: Gerd Brunken
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: Horton Europe & Co Kg 97424 Schweinfurt De GmbH
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: DE19750544A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Viskokupplung mit einem eine Ar beitskammer aufweisenden Gehäuse und einem in der Arbeitskammer rotierenden Läufer, wobei zwischen der Wandung der Arbeitskammer und dem Läufer ein Scherspalt vorgesehen ist, über den mittels einer in der Arbeitskammer enthaltenen viskosen Flüssigkeit ein Drehmoment vom Gehäuse auf den Läufer oder umgekehrt übertragbar ist.

Eine Viskokupplung ist beispielsweise in der DE 195 48 065 A1 beschrieben. Diese bekannte Kupplung wird als Lüfterkupplung eingesetzt um die Belüftung des Kühlers bzw. Motors eines Kraft fahrzeuges zu übernehmen. Gehäuse und Antriebswelle der Kupplung sind zueinander drehbar gelagert und über das in der Arbeitskam mer befindliche Silikonöl wird die Drehbewegung des Läufers auf das die Kühlrippen aufweisende Gehäuse der Kupplung übertragen. Die Menge der Flüssigkeit in der Arbeitskammer bestimmt den Schlupf, der sich zwischen Lüfter und Gehäuse einstellt, und somit die Drehzahl des Gehäuses.

Die DE 39 37 725 A1 und die EP 0 005 927 B1 offenbaren eine Viskositätskupplung mit einem einstellbaren Drehmoment. Beispielsweise aus der JP 2-146 321 oder der JP 3-103 624 ist es bekannt, bei einer Viskokupplung durch axiale Verschiebung der relativ zueinander rotatorisch bewegbaren Teile unterschiedliche Scherspaltbreiten bzw. Überlappungsgrade einzustellen.

Grundsätzlich kann eine Viskokupplung in Kraftfahrzeugen auch als Lenkhilfe verwendet werden. Diese steht dann permanent in Eingriff und überträgt somit ein gleichbleibend hohes Drehmoment. Der Läufer ist fest auf einer in den Lenkstock integrierten Welle angeordnet, das Gehäuse der Viskokupplung wird über einen Elektromotor angetrieben. Dreht der Fahrer am Lenkrad, wird der Elektromotor eingeschaltet und dreht das Gehäuse entsprechend, so daß auf den Läufer und somit den Lenkstock ein das Lenkmoment des Fahrers unterstützendes Drehmoment wirkt. Durch den permanenten Eingriff der Viskokupplung und die gleichbleibend hohe Übertragungsfähigkeit resultiert vielfach ein schlechter Geradeauslauf des Fahrzeugs. Geringste Drehbewegungen am Lenkrad werden sofort in eine Lenkbewegung umgesetzt. Bei Ausfall der Lenkhilfe muß vom Fahrer bei Lenkbewegungen zusätzlich das Bremsmoment des Elektromotors überwunden werden, woraus extrem hohe Lenkkräfte resultieren und die Unfallgefahr steigt.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll eine Viskokupplung dahingehend verbessert werden, daß sie insbesondere als Lenkhilfekupplung einsetzbar ist, wobei dann die bisher bekannten Nachteile vermieden werden sollen.

Zur Problemlösung zeichnet sich eine gattungsgemäße Viskokupplung dadurch aus, daß der Scherspalt in axialer Richtung verläuft, der Läufer an seinem Außenumfang und das Gehäuse an seinem Innenumfang eine Mehrzahl umlaufender, parallel beabstandeter Nuten aufweist, die durch eine axiale Relativverschiebung zwischen Läufer und Gehäuse zueinander versetzbar oder in Übereinstimmung bringbar sind.

Durch diese Ausgestaltung haben das Gehäuse und der Läufer an den einander gegenüberliegenden Umfangsflächen eine im Schnitt gesehen kammartige Gestalt. Werden die Nuten zueinander in Übereinstimmung gebracht, wechseln sich große und kleine Ringspalte ab, und das Drehmoment kann durch den Scherspalt (kleiner Ringspalt) zwischen Gehäuse und Läufer übertragen werden. Werden durch axiale Verschiebung des Gehäuses oder des Läufers die Nu ten zueinander versetzt, bilden sich in axialer Richtung eine Mehrzahl gleichgroßer Spalte aus, die zu groß sind, um als Scherspalte zu wirken und ein Drehmoment zu übertragen. Zwischen diesen beiden Extrema können Zwischenstellungen eingestellt wer den, so daß das übertragbare Drehmoment der Viskokupplung den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann. Wird diese Kupplung also als Lenkhilfekupplung verwendet, kann bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten das übertragbare Drehmoment reduziert und gegebenenfalls auf Null eingestellt werden, so daß aus schließlich das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment weitergelei tet wird. Bei niedrigen Geschwindigkeiten oder im Stand wird das maximal übertragbare Drehmoment (die Nuten liegen einander je weils gegenüber) eingestellt, so daß beispielsweise beim Einpar ken möglichst geringe Lenkkräfte notwendig sind. Für den Fall, daß der Elektromotor ausfällt ist es ebenfalls möglich, das übertragbare Moment auf Null zu reduzieren, so daß dann keine zusätzlichen Verlustmomente durch den Fahrer aufgebracht werden müssen. Durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung der Nut tiefe bzw. -breite kann die Viskokupplung auch so ausgelegt wer den, daß das übertragbare Drehmoment nicht zu Null werden kann, sondern auch dann, wenn die Nuten zueinander versetzt sind, eine Unterstützung der Lenkkraft gegeben ist.

Vorzugsweise entspricht der parallele Abstand zwischen den Nuten der Nutbreite, so daß nur geringe axiale Bewegungen zwischen Läufer und Gehäuse notwendig sind, um vom Minimal- zum Maximal moment zu wechseln.

Wenn die Relativverschiebung zwischen Gehäuse und Läufer in bei de Richtungen möglich ist, ist eine einfache Ansteuerung und Übertragung des Drehmoments möglich, wenn sich die Drehrichtung des Elektromotors ändert.

Zwischen dem Gehäuse und dem Läufer ist vorzugsweise mindestens eine in axialer Richtung wirkende Feder als Rückstellfeder vor gesehen. Dadurch wird die konstruktive Ausgestaltung der An triebsvorrichtung für die Relativbewegung vereinfacht.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Rückholfeder eine Tel lerfeder ist.

Vorzugsweise ist das Gehäuse außen mit einer Schrägverzahnung versehen, mit der das ebenfalls schrägverzahnte Antriebsritzel des Elektromotors kämmt. Durch die Schrägverzahnung wird eine Axialkraftkomponente auf das Gehäuse übertragen, die dann zur Verschiebung genutzt werden kann. Zur Begrenzung der Axialbewe gung des Gehäuses kann die mindestens eine Tellerfeder dienen.

Wenn die Tiefe der Nuten im Läufer und im Gehäuse gleich ist, ist eine gute Vergleichmäßigung der wirksamen Scherspaltbreite möglich.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 - eine Viskokupplung im Teilschnitt;

Fig. 2 - die Stellung zwischen Läufer und Gehäuse zur Übertra gung des maximalen Drehmoments;

Fig. 3 - die Stellung zwischen Läufer und Gehäuses zur Übertra gung des minimalen Drehmoments;

Fig. 4 - die Prinzipdarstellung der Anordnung der Viskokupplung innerhalb der Lenkung.

Die vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs über das Lenkrad 20 einge leiteten Lenkkräfte, werden über den Lenkstock 21 auf das Lenk getriebe 22, das auf die hier nicht mehr dargestellten Räder eines Fahrzeugs einwirkt, übertragen. Die Viskokupplung 9 über ihre durchgehende Welle 19 mit dem Eingangszapfen 8 und dem Aus gangszapfen 10 in den Lenkstock 21 integriert. Über das Antriebsritzel 1 eines ortsfest im Motorraum 24 angeordneten Elektromotors 23 wird das mit einer Außenverzahnung 3' versehene Gehäuse 3, 14 der Viskokupplung 9 angetrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Viskokupplung 9 aus den beiden eine Arbeitskammer 18 umschließenden Gehäusehälften 3, 14 und dem in der Arbeitskammer 18 drehbar angeordneten Läufer 4, der fest mit der Welle 19 verbunden ist, deren beiden Enden 8, 9 aus dem Gehäuse 3, 14 herausragen. Die Gehäusehälften 3, 14 sind jeweils über Wälzlager oder Gleitlager 7, 11 auf der Welle 19 gelagert. Die Gehäusehälfte 3 ist mit einer Schrägverzahnung 3' versehen, die in Eingriff steht mit der Verzahnung 2 des An triebszahnrades 1.

Der Läufer 4 ist an seinem Außenumfang 4a mit einer Mehrzahl umlaufender Nuten 16 versehen, die zueinander beabstandet sind. Die Breite a der Nuten 16 entspricht ihrem Zwischenabstand b.

Der Innenumfang 14a der Gehäusehälfte 14 ist ebenfalls mit um laufenden Nuten 15 versehen, die parallel zueinander beabstandet sind. Auch hier entspricht die Nutbreite a dem parallelen Ab stand b zwischen den Nuten 15. Die Nuten 15 und 16 sind gleich mit der Tiefe t ausgebildet. Gehäuse 3, 14 und Läufer 4 sind über eine hier nicht näher dargestellte Verschiebeeinrichtung in Axialrichtung zueinander relativ verschiebbar. Bei dem beschrie benen Ausführungsbeispiel ist der Läufer 4 starr und das Gehäuse 3, 14 axial in beide Richtungen verschiebbar gelagert. Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung liegen sich die Nuten 15, 16 unmittelbar gegenüber, so daß sich größere und kleinere Rings palte abwechseln. Die kleineren Ringspalte dienen als Scherspal te 17 und können das vom Gehäuse 3, 14 kommende Drehmoment auf den Läufer 4 übertragen, der es über die Welle 19 bzw. den Aus gangszapfen 8 in die Lenkung einleitet.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung wechseln sich die Nuten 15 und 16 wechselseitig ab, so daß über die axiale Breite des Läu fers 4 zwar radial versetzte aber gleich große Ringspalte einge stellt sind, die so groß sind, daß kein oder nur ein sehr gerin ges Drehmoment übertragbar ist. Die Tiefe t der Nuten 15, 16 ist vorzugsweise mehr als neun mal so groß wie die Breit t₁ des Scherspalts 17.

Beidseitig zum Läufer 4 ist axial je eine als Rückholfeder die nende Tellerfeder 6, 12 vorgesehen, die sich radial außen an Ringen 5, 13 und radial innen an den Lagern 7, 11 bzw. dem Läu fer 4 abstützen. Wird das Gehäuse 3, 14 zur Veränderung des Scherspalts 17 verschoben, bringen diese Federn 6, 12 die Rück stellkraft auf, wenn die Verschiebekraft nachläßt. Das übertrag bare Drehmoment bei der Stellung des Läufers 4 und der Gehäuse hälfte 14 zueinander nach Fig. 2 ist das Nennmoment und errech net sich zu:

Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung errechnet sich das Moment zu:

Wobei n gleich die Anzahl der Nuten 15, 16 ist.

Die Verzahnungen 2, 3' des Antriebsritzels 1 und des Gehäuses 3 sind Schrägverzahnungen. Dadurch wird eine Axialkraftkomponente erzeugt, die zur Verschiebung des Gehäuses bzw. der Gehäusehälf te 3 nutzbar ist. Zur Begrenzung des axialen Verschiebeweges dienen die Tellerfedern 6, 12, die für das Gehäuse 3 an ihrer Einspannstelle 6', 12' zwischen den Lagern 7, 11 und dem Läufer 4 als Anschlag dienen. Ist die Gehäusehälfte 3 an einen der An schläge 6', 12' angelaufen, wird die Drehbewegung des Ritzels 1 unmittelbar eine Drehbewegung des Gehäuses 3, 14 der Viskokupp lung umgesetzt.

Wenn anstelle der Schrägverzahnung 2, 3' eine Geradverzahnung vorgesehen ist, kann beispielsweise ein Hubmagnet die Verschie bung des Gehäuses 3, 14 oder des Läufers 4 bewirken. Für diesen Fall ist dann nur eine Verschieberichtung notwendig.

Bezugszeichenliste

1

Antriebszahnrad/Antriebsritzel

2

Verzahnung/Schrägverzahnung

3

Gehäusehälfte/Gehäuse

3

' Schrägverzahnung/Außenverzahnung

4

Läufer

4

a Außenumfang

5

Ring

6

Feder/Rückholfeder/Tellerfeder

6

' Einspannstelle

7

Wälzlager oder Gleitlager

8

Eingangszapfen/Ende

9

Viskokupplung/Ende

10

Ausgangszapfen

11

Wälzlager oder Gleitlager

12

Feder/Rückholfeder/Tellerfeder

12

' Einspannstelle

13

Ring/Stützring

14

Gehäusehälfte/Gehäuse

14

a Innenumfang

15

Nut im Gehäuse

16

Nut im Läufer

17

Scherspalt

18

Arbeitskammer

19

Welle

20

Lenkrad

21

Lenkstock

22

Lenkgetriebe

23

Antriebsmotor

24

Motorraum
a Nutbreite
b Nutabstand
M Moment/Lenkhilfemoment
t Nuttiefe
t₁

radiale Scherspaltbreite

Claims

1. Viskokupplung mit einem eine Arbeitskammer (18) aufweisen den Gehäuse (3, 14) und einem in der Arbeitskammer (18) rotierenden Läufer (4), wobei zwischen der Wandung der Ar beitskammer (18) und dem Läufer (4) ein Scherspalt (17) vorgesehen ist, über den mittels einer in der Arbeitskammer (18) enthaltenen viskosen Flüssigkeit ein Drehmoment vom Gehäuse (3, 14) auf den Läufer (4) oder umgekehrt übertrag bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherspalt (17) in axialer Richtung verläuft, der Läufer (4) an seinem Außen umfang (4a) und das Gehäuse (3, 14) an seinem Innenumfang (14a) eine Mehrzahl umlaufender, parallel beabstandeter Nuten (15, 16) aufweist, die durch eine axiale Relativver schiebung zwischen Läufer (4) und Gehäuse (3, 14) zueinan der versetzbar oder in Übereinstimmung bringbar sind.

2. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parallele Abstand (b) zwischen den Nuten (15, 16) der Nutbreite (a) entspricht.

3. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativverschiebung zwischen Läufer (4) und Gehäuse (3, 14) in beide Richtungen möglich ist.

4. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehäuse (3, 14) und dem Läufer (4) mindestens eine in axialer Richtung wirkende Feder (6, 12) als Rückstell feder vorgesehen ist.

5. Viskokupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Feder (6, 12) eine Tellerfeder ist.

6. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der Nuten (15, 16) im Läufer (4) und im Ge häuse (3, 14) gleich ist.

7. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe (t) mindestens um den Faktor 9 größer ist als die Breite (t₁) des Scherspalts (17).

8. Viskokupplung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Relativver schiebung des Gehäuses (3) notwendige Axialkraft über einen mit einem schrägverzahnten, mit einer äußeren Schrägverzah nung (3') des Gehäuses (3) kämmenden Antriebsritzel (1) versehenen Antriebsmotor (23) geliefert wird.

9. Viskokupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Feder (6, 12) den axialen Verschiebeweg zwischen Läufer (4) und Gehäuse (3, 14) begrenzt.

10. Viskokupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (23) das Gehäuse (3, 14) rotatorisch an treibt.

11. Viskokupplung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Lenk hilfekupplung für Kraftfahrzeuge.