DE19945882B4

DE19945882B4 - Kraftübertragungseinheit mit drehzahlabhängiger hydraulischer Kupplung

Info

Publication number: DE19945882B4
Application number: DE19945882.0A
Authority: DE
Inventors: Ing. Eibler Gerhard
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2019-09-25
Also published as: US6196368B1; DE19945882A1; AT2964U1

Abstract

Kraftübertragungseinheit mit einem Eingangsglied und einem Ausgangsglied und einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bei der eine hydrostatische Verdrängungsmaschine (20) bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Eingangsglied (1; 6) und Ausgangsglied (6; 1) einen Druck erzeugt, der eine Senkung der Differenzdrehzahl bewirkt, wobei die Verdrängungsmaschine aus einem mit dem Eingangsglied und einem mit dem Ausgangsglied antriebsverbundenen Teil (21, 22) besteht und eines der Glieder (1; 6) ein die Verdrängungsmaschine enthaltendes Gehäuse (4) bildet, und wobei die Verdrängungsmaschine Arbeitsfluid aus einem Saugraum ansaugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (14) durch einen das Gehäuse (4) umgebenden und mit diesem fluiddicht fest verbundenen Mantel (10; 40) gebildet ist, der mit dem Inneren des Gehäuses (4) in Fluidverbindung steht, und daß der Saugraum und das Innere des Gehäuses ganz mit Arbeitsfluid gefüllt sind.

Description

Die Erfindung handelt von einer Kraftübertragungseinheit mit einem Eingangsglied und einem Ausgangsglied und einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bei der eine hydrostatische Verdrängungsmaschine bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Eingangsglied und Ausgangsglied einen Druck erzeugt, der eine Senkung der Differenzdrehzahl bewirkt, wobei die Verdrängungsmaschine aus einem mit dem Eingangsglied und einem mit dem Ausgangsglied antriebsverbundenen Teil besteht und eines der Glieder ein die Verdrängungsmaschine enthaltendes Gehäuse bildet, und wobei die Verdrängungsmaschine Arbeitsfluid aus einem Saugraum ansaugt.
Derartige Kraftübertragungseinheiten finden vor allem in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise von allradgetriebenen, Verwendung; entweder zusammen mit einem Differentialgetriebe, wobei die hydraulische Kupplung die Differentialwirkung begrenzt, oder für den Antrieb der zweiten getriebenen Achse, wobei das übertragene Drehmoment von der Differenz zwischen Raddrehzahl und der mit den Rädern der anderen Achse verbundenen Antriebswelle abhängt. Der von der Verdrängungsmaschine erzeugte Druck wirkt entweder auf eine Kupplung, vorzugsweise auf eine Lamellenkupplung, oder indem er in der Verdrängungsmaschine die Reaktivbewegung behindert. Die Wirkung kann durch verschiedene, sei es automatisch wirkende, sei es von aussen betätigte Ventile, beeinflußt werden.
Aus der US 5 709 627 A ist eine derartige Kraftübertragungseinheit bekannt, bei der die Verdrängungsmaschine über einen Saugraum Arbeitsfluid aus einem tiefer in einem Aussengehäuse vorgesehenen Sumpf ansaugt. Dabei wird der Saugraum von einer an dem stillstehenden Aussengehäuse befestigten Wand, begrenzt, die gegenüber der rotierenden Kraftübertragungseinheit abgedichtet sein muß. Wenn diese Dichtung auch nur ganz wenig leckt, was sie meist auch tut, wird statt dem Arbeitsfluid Luft angesaugt, was zur weiteren Verschäumung des Arbeitsfluides (bereits ein Drosselventil am Ausgang der Verdrängungsmaschine führt dazu) führt und den Aufbau des nötigen Druckes verhindert und weiters ein Rückschlagventil erfordert. Erschwerend ist, daß der Durchmesser der Dichtung wegen des Saugraumes groß sein muß und die Differenz zwischen der Drehzahl des Ausgangsgliedes und dem Aussengehäuse hoch ist. Das ergibt sehr hohe Gleitgeschwindigkeiten und damit schnellen Verschleiß der Dichtung. DE 37 01 913 A1 zeigt eine Kraftübertragungseinheit. Die Ölpumpe sitzt in einem Gehäuse, in dem Längskanäle angeordnet sind. Die weiteren Verbindungen zur Pumpe sind Längskanäle im Pumpendeckel. Es handelst sich nicht um einen mit einem Gehäuse fest verbundenen Mantel, in den das Fluid einströmt, sondern nur um Kanäle, was die Kühlung in ihrer Leistungsfähigkeit reduziert. Aus der DE 37 01 913 A1 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung bekannt, die Öl konventionell fördert und verteilt, wobei keine Vorkehrungen gegen ein Aufschäumen des Öl getroffen werden. Aus der DE 195 05 800 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung mit Überdruckventil bekannt.
Es ist Ziel der Erfindung, eine Kraftübertragungseinheit so zu verbessern, daß die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Dichtungsprobleme sollen gelöst und der Druckaufbau nicht durch Verschäumung behindert werden, bei möglichst einfacher Bauweise und geringem Systemgewicht.
Dazu ist erfindungsgemäß der Saugraum durch einen das Gehäuse umgebenden und mit diesem fluiddicht fest verbundenen Mantel gebildet, der mit dem Inneren des Gehäuses in Fluidverbindung steht, und der Saugraum und das Innere des Gehäuses sind ganz mit Arbeitsfluid gefüllt. Der das Gehäuse fest umgebende Mantel bildet ohne Dichtungen einen hermetisch geschlossenen Saugraum, durch die Komplettfüllung kann überhaupt keine Verschäumung auftreten. Durch die Komplettfüllung sind auch die Arbeitsbedingungen (Schmierung und Wärmeabfuhr) für die Kupplungslamellen optimal und es ist kein Rückschlagventil erforderlich. Weil kein Sumpf und keine Ansaugleitungen benötigt werden, ist auch die Anzahl der Teile und das Bauvolumen geringer. Die einzige noch vorhandene Dichtung zwischen Eingangsglied und Ausgangsglied hat je nach Betriebszustand eine wesentlich kleinere bis fast gar keine Geschwindigkeitsdifferenz zu beherrschen und ihr Durchmesser ist kleiner.
Die Fluidverbindung mit dem Inneren des Gehäuses wird gebildet durch mindestens einen Zulaufkanal zur Verdrängungsmaschine und durch Ablaufkanäle, durch die leck- und Drosselfluid nach Durchlaufen der Lamellenkupplung wieder in den Saugraum strömt.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht der Saugraum mit einer Kammer in Verbindung, die teilweise von einer elastischen Wand begrenzt ist (Anspruch 2). Damit kann im Inneren der Vorrichtung ein kleiner Überdruck gehalten werden (Anspruch 5), der die Wirkung allgemein verbessert, eine Veränderung der Kennlinie gestattet und das Auftreten eines Unterdruckes bei ungünstiger Wärmedynamik vermeidet. Unterdruck könnte Luft und äusseren Schmutz einsaugen und dabei zur Beschädigung der kleinen Dichtung führen. Vorzugsweise ist die elastische Wand eine Membran (Anspruch 3), es könnte aber auch der Mantel selbst elastisch sein (Anspruch 4). Im letzteren Fall ist keine getrennte Kammer vorzusehen.
Zur Verbesserung der Kühlung und der Wärmedynamik kann der Mantel Kühlrippen aufweisen (Anspruch 6). Wenn der Mantel aus Blech besteht, ist damit gleichzeitig auch die elastische Wand (Anspruch 2) geschaffen.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Saugraum mit dem Inneren des Gehäuses durch einen Kanal verbunden, in dem ein selbstschließendes Ventil vorgesehen ist (Anspruch 7). Es ist vorzugsweise ein Dehnstoffventil, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur den Kanal abschließt (Anspruch 8). Ein solches Ventil schließt ohne Eingriff von aussen, wenn bei Überlastung die Temperatur steigt und einen bestimmten Wert überschreitet. Bei Abkühlung öffnet es wieder.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
1: Einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
2: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist das Eingangsglied mit 1 bezeichnet, es könnte auch das Ausgangsglied sein, an das mittels nur angedeuteter Schrauben eine strichliert gezeichnete Welle 2 angeflanscht ist. Es besteht aus einer Stirnplatte 3, einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 4 das mit der Stirnplatte 3 einstückig oder fest verbunden ist und aus einer Endplatte 5 die zu Montagezwecken lösbar, aber dicht mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. Das Ausgangsglied 6 (es könnte auch das Eingangsglied sein) ist eine Hohlwelle, in die mittels Keilverzahnung eine nur angedeutete Welle eingeführt ist, ist mit Lagern 7 in der Stirnplatte 3 beziehungsweise der Endplatte 5 des Eingangsgliedes 1 gelagert und gegenüber diesem mittels Dichtungen 8 abgedichtet. Hier genügen einfache Quadratringe, weil die zu beherrschende Drehzahldifferenz im Durchschnitt sehr klein ist. Mit 9 ist die Drehachse beziehungsweise Mittellinie bezeichnet.
Das Gehäuse 4 ist von einem Mantel 10 umgeben, der beispielsweise aus Blech besteht und an einem Ende mittels einer Bördelung 11 mit der Stirnplatte 3 rundum dicht verbunden und am anderen Ende mittels einer Bördelung 12 mit der Endplatte 5 dicht verbunden ist. Er kann darüber hinaus noch eine Mantelverlängerung 13 bilden. Zwischen dem Gehäuse 4 und dem Mantel 10 ist ein hermetisch geschlossener Saugraum 14 ausgebildet.
Im Inneren des Gehäuses 4 befindet sich eine hydrostatische Verdrängungsmaschine, 20 die aus einem Innenteil 21 und einem Außenteil 22 besteht. Ersterer ist drehfest mit dem Ausgangsglied 6, zweiterer mit dem Eingangsglied 1 und zwar mit dem Gehäuse 4 verbunden. Die entsprechenden Kuppelzähne sind nur angedeutet. Zwischen Innenteil 21 und Außenteil 22 erstreckt sich ein Arbeitsraum 23, der über einen Saugkanal 24 mit dem Saugraum 14 in Verbindung steht. Auf der anderen Seite schließt an die hydrostatische Verdrängungsmaschine 20 ein Einsatz 25 an, der einen Druckkanal 26, gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Drosselventil, und einem Kolben 27 enthält, der von dem durch den Druckkanal 26 herangeführten Druckfluid beaufschlagt wird. Ein Teil dieses Druckfluides kann durch einen Kolben 27 über ein Drosselventil 28 in einen Kupplungsraum 31 geleitet sein, in dem eine Anzahl von Innenlamellen 29 und Außenlamellen 30 angeordnet sind. Erstere sind mit dem Ausgangsglied 6, zweitere mit dem Gehäuse 4 des Eingangsgliedes 1 drehfest, aber verschiebbar verbunden.
Wegen des hermetischen Abschlusses des Saugraumes 14 ist auch der Kupplungsraum 31 immer ganz mit Arbeitsfluid gefüllt. Es befindet sich in der gesamten Kraftübertragungseinheit, die bis auf die beiden Dichtungen 8 hermetisch geschlossen ist, überhaupt keine Luft. Aus dem Kupplungsraum 31 kann das Arbeitsfluid durch Austrittslöcher 32 wieder in den Saugraum 14 zurückströmen. Da immer eine gewisse interne Leckage herrscht beziehungsweise Arbeitsfluid durch das Drosselventil 28 in den Kupplungsraum 31 gelangt, ist dieser immer durchströmt, was für die Kupplungslamellen 29, 30 optimale Betriebsbedingungen schafft.
Der Saugkanal 24 ist weiters mit einer Kammer 34 verbunden, sie befindet sich hier in der Endplatte 5 und ist von einer elastischen Wand 35, hier einer Membran, begrenzt. Dadurch ist das Volumen der Kammer 34 variabel und es können Wärmedehnungsdifferenzen ausgeglichen werden, ohne dass im Inneren des Gehäuses ein Unterdruck entsteht. Bei Vorspannung der elastischen Wand 35 kann im Inneren der Kraftübertragungseinheit ein Überdruck erzeugt und aufrecht erhalten werden.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der der 1 nur dadurch, daß ein Mantel 40 mit Kühlrippen 41 vorgesehen ist. Diese Kühlrippen können entweder mit dem Mantel einstückig sein, er ist dann gewissermaßen als Balg ausgebildet, oder sie sind auf den Mantel 40 aufgezogen. Im Falle der Mantel ein Balg ist, stellen die Kühlrippen gleichzeitig eine elastische Wand dar, die Wärmedehnungen des Fluidums im Inneren aufnehmen beziehungsweise für einen gewissen Überdruck sorgen kann.
Weiters unterscheidet sich diese Variante dadurch von der der 1, daß in der Endplatte 5 eine selbstschließendes Ventil 42 vorgesehen ist, das unter der Wirkung eines Dehnstoffelementes 43 bei Erreichen einer bestimmten Temperatur den Ansaugkanal 44 abschließt. Die Verdrängungsmaschine kann dann keinen Druck mehr aufbauen und die Belastung läßt nach, wodurch sich die Kraftübertragungseinheit wieder abkühlen kann. Weiters ist die Variante der 2 gegenüber der der 1 seitenverkehrt, was andeuten soll, daß zwei derartige Kraftübertragungseinheiten, eine für ein linkes und eine für ein dazugehöriges rechtes Fahrzeugrad, auch gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht werden können.
Im Rahmen der Erfindung kann in vielen Details von den dargestellten Ausführungsbeispielen abgewichen werden. So kann die hydrostatische Verdrängungsmaschine sehr verschieden ausgebildet sein, sowohl hinsichtlich der Form ihrer Rotoren als auch ihrer Anordnung im Gehäuse 4. Auch ist die Lamellenkupplung nicht unbedingt erforderlich, die drehzahldifferenzsenkende Wirkung kann auch ohne eine solche erzielt werden. Schließlich kann die Kraftübertragungseinheit an verschiedenen Stellen des Antriebsstranges angeordnet sein, insbesondere im Kraftfluß vor oder nach dem Achsdifferential. Sie kann auch im Inneren eines das Achsdifferential enthaltenden Gehäuses angeordnet sein. Dabei bietet die Erfindung die Möglichkeit, ohne zusätzliche Maßnahmen für das Differential und für die Kraftübertragungseinheit verschiedene Fluide einzusetzen.

Claims

Kraftübertragungseinheit mit einem Eingangsglied und einem Ausgangsglied und einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, bei der eine hydrostatische Verdrängungsmaschine (20) bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen Eingangsglied (1; 6) und Ausgangsglied (6; 1) einen Druck erzeugt, der eine Senkung der Differenzdrehzahl bewirkt, wobei die Verdrängungsmaschine aus einem mit dem Eingangsglied und einem mit dem Ausgangsglied antriebsverbundenen Teil (21, 22) besteht und eines der Glieder (1; 6) ein die Verdrängungsmaschine enthaltendes Gehäuse (4) bildet, und wobei die Verdrängungsmaschine Arbeitsfluid aus einem Saugraum ansaugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (14) durch einen das Gehäuse (4) umgebenden und mit diesem fluiddicht fest verbundenen Mantel (10; 40) gebildet ist, der mit dem Inneren des Gehäuses (4) in Fluidverbindung steht, und daß der Saugraum und das Innere des Gehäuses ganz mit Arbeitsfluid gefüllt sind.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (14) mit einer Kammer (34) in Verbindung steht, die teilweise von einer elastischen Wand (35) begrenzt ist.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Wand (35) eine Membran ist.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (40) selbst elastisch ist.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidfüllung unter Überdruck steht.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (40) Kühlrippen aufweist.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (14) mit dem Inneren des Gehäuses (4) durch einen Kanal (44) verbunden ist, in dem ein selbstschließendes Ventil (42) vorgesehen ist.
Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbstschließende Ventil (42) ein Dehnstoffelement (43) enthält, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur das Ventil (42) abschließt.