DE19948478B4

DE19948478B4 - Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung mit Drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE19948478B4
Application number: DE19948478A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Gratzer
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG; Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG; Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-10-09
Also published as: DE19948478A1; AT3020U1; US6250444B1

Abstract

Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, bestehend aus einem rotierenden Gehäuse (1), einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (2), einer Welle (4), einer Reibungskupplung (3) zur Verbindung der Welle (4) mit dem Gehäuse (1) und einem Kolben (26), wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse (1) und der Welle (4) in einem Druckraum (24) ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (24) über ein Druckbegrenzungsventil (27) mit dem Innenraum (28) der Reibungskupplung (3) in Verbindung steht, das bei Erreichen eines bestimmten Drucks im Druckraum (24) öffnet.

Description

Die Erfindung handelt von einer drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung, die aus einem rotierenden Gehäuse, einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine, einer Welle, einer Reibungskupplung zur Verbindung der Welle mit dem Gehäuse und aus einem Kolben besteht, wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse und der Welle in einem Druckraum ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird. Dieser Druck bewirkt eine Beaufschlagung der Reibflächen der Reibungskupplung.
Derartige Kupplungen finden in verschiedenen Konstellationen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Verwendung, entweder zur direkten Übertragung eines Drehmomentes oder zum Sperren eines verbundenen Differentialgetriebes, für den Antrieb der Räder einer Achse oder für die Verteilung des Drehmomentes zwischen zwei Achsen. In jedem Fall besteht die hydrostatische Verdrängungsmaschine aus einem Innenrotor und einem Aussenrotor, die bei Drehzahldifferenz zwischen Innenrotor und Aussenrotor beziehungsweise insbesondere zwischen dem Gehäuse und der Welle eine Relativbewegung ausführen und so in dem Druckraum den für die Beaufschlagung der Kupplung nötigen Druck auf den Kolben ausüben.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist etwa aus der WO 96/41090 bekannt. Dort ist die Anordnung so getroffen, daß im Kolben ein Ventil angebracht ist, das bei Erreichen eines bestimmten Druckes schließt. In den Kupplungsraum gelangt Öl somit nur, solange die Kupplung noch nicht wirkt. Das Öl wird dann einfach irgendwie durch Öffnungen am Umfang des rotierenden Gehäuses abgeschleudert. Wenn die Kupplung zu greifen beginnt, also viel Reibungswärme erzeugt, bleibt das Öl weg. Dadurch erhitzen sich die Lamellen der Kupplung im Fahrbetrieb stark und sind einem hohen Verschleiß ausgesetzt.

Aufgrund der gewichtsoptimierten Dimensionierung moderner Kraftfahrzeugsantriebsstränge ist eine Begrenzung der übertragenen Drehmomentes erforderlich, was durch Begrenzung des Druckes in der Druckkammer erreicht werden kann. In der drehzahldifferenzabhängigen hydraulischen Kupplung gemäß DE 41 09 789 C2 wird das durch ein im stationären Gehäuse untergebrachtes Überdruckventil erreicht. Da sich die Druckkammer aber im rotierenden Teil befindet, ist zur Verbindung von Ventil und Druckkammer eine Drehdurchführung erforderlich. Das macht die Konstruktion aufwendig; vor allem, wenn die Kupplung ohne Steuereingriff von aussen arbeiten soll. Dann aber ist das Überdruckventil in den rotierenden Teilen unterzubringen.

Überdruckventile bestehen in der Regel aus einem federbelasteten Ventilkörper. Ist dieser in einem rotierenden Teil geführt, so ist er der Fliehkraft ausgesetzt. Ausserdem brauchen solche Ventile relativ viel Bauraum, besonders wenn sie nach der Rotationsachse ausgerichtet sind.

Aus der gattungsgemäßen US 5,611,746 ist zwar ein Drosselventil in dem rotierenden Teil bekannt, dieses ist aber nur fest einstellbar und daher nicht federbelastet und ausserdem nur indirekt mit dem Druckraum verbunden; und gar nicht mit dem Kupplungsraum. Es könnte auch gar nicht federbelastet sein, weil die Fliehkraft bei radialer Ausrichtung gegen die Feder wirken und bei achsialer Ausrichtung eine Reibungsbremsung hervorrufen würde. Trotzdem ist dieses Drosselventil schwer unterzubringen, siehe dort 1 und 9.

Aus der nachveröffentlichten DE 199 45 882 A1 ist eine drehzahldiffernzabhängige hydraulische Koupplung bekannt, bei der bei Auftreten einer Differenzdrehzahl ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird. Der Druckraum ist über ein Drosselventil mit dem Innenraum der Reibungskupplung verbunden, weshalb der Innenraum der Reibungskupplung immer duchströmt wird.

Aus der WO /19310 A1 ist es bekannt, in einem Kanal zwischen Druckraum und Innenraum der Reibungskupplung ein Ventil anzuordnen, das bei Erreichen eines bestimmten Drucks schließt.

Die US 4 049 101 beschreibt die Anordnung eines Ablassventils zwischen der Druckkammer und dem Innenraum einer Reibungskupplung für niedrige Drehzahlen, das bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl öffnet, um zu verhindern, dass die Kupplung für niedrige Drehzahlen bei hohen Drehzahlen einrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine platzsparende drehzahlabhängige hydraulische Kupplung mit guter Kühlung der Reibungskupplung zu schaffen, bei der auf einfache Weise eine Begrenzung des Drehmoments ohne störende Fliehkrafteinflüsse möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung ist das Druckbegrenzungsventil im rotierenden Teil angeordnet. Der Kupplungsraum wird bei geeigneter Auslegung des Druckbegrenzungsventils dann durchströmt, wenn die Kupplung hoch belastet ist und eine Kühlung dringend braucht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckbegrenzungsventil von einer auf der Seite des Innenraumes angeordneten Tellerfeder gebildet, deren innerer Rand eingespannt ist und deren äusserer Rand mindestens eine Bohrung überdeckt (Anspruch 2). Die Ausbildung als Tellerfederventil hat drei wesentliche Vorteile: Unempfindlichkeit gegen Fliehlcrafteinflüsse, geringen Raumbedarf und großen Durchflußquerschnitt. Die Tellerfeder wirkt so gleichzeitig als Feder und als Ventilkörper, der mehrere Bohrungen überdecken kann.

Der geringe Raumbedarf erlaubt die Unterbringung des Druckbegrenzungsventiles in der achsnormalen Wand des Kolbens (Anspruch 3). Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn der Kolben zwischen der Reibungskupplung und der hydrostatischen Verdrängungsmaschine angeordnet ist. Die geringe Baulänge des Tellerfederventiles erlaubt dessen Unterbringung sogar in einer sehr dünnen Kolbenwand.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventiles weist die Wand des Kolbens eine Zentralbohrung und diese in gleichem Abstand umgebende Strömungsbohrungen auf (Anspruch 4). In der Zentralbohrung sitzt ein Bolzen oder eine Schraube, die die Tellerfeder halten, die diese umgebenden Strömungsbohrungen bieten einen großen Durchflußquerschnitt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
1 : Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplung,
2: Detail II in 1 in einer ersten Ausführungsform,
3: Ansicht A in 2,
4: Detail II in 1 in einer zweiten Ausführungsform,
5: Ansicht B und C in 4,
In 1 ist ein feststehendes Gehäuse nur angedeutet und nicht bezeichnet. Dieses umgibt ein rotierendes Gehäuse 1, das eine hydrostatische Verdrängungsmaschine 2 und eine Reibungskupplung 3 enthält, die zwischen dem rotierenden Gehäuse 1 und einer Welle 4 die Verbindung herstellen kann.
Das rotierende Gehäuse 1 besteht aus einem Kopfteil 7 und einem Mantelteil 8 mit ersten Kuppelzähnen 9 für die Außenlamellen 10 der Reibungskupplung 3. An dem Kopfteil 7 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel der Antrieb, es könnte aber auch der Abtrieb sein. Die Welle 4 ist bezüglich dem rotierenden Gehäuse 1 in Lagern 11, 12 gelagert und mittels einer ersten Keilverzahnung 13 mit einer Trieblingswelle 14 verbunden. Die Welle 4 hat außen zweite Kuppelzähne 15 für die Innenlamellen 16 der Reibungskupplung 3. Sie ist mittels einer zweiten Keilverzahnung 17 mit einem Innenrotor 18 der hydrostatischen Verdrängungsmaschine 2 verbunden. Der Innenrotor 18 wirkt mit einem exzentrischen Außenrotor zusammen. Zwischen beiden ist ein Arbeitsraum 20 gebildet, der bei einer Relativdrehung zwischen dem rotierenden Gehäuse 1 und der Welle 4 einen Druck erzeugt.
Von diesem Arbeitsraum 20 führt ein Kanal 23 in einen Druckraum 24, der einerseits von einer Trennplatte 25 und andererseits von einem Kolben 26 begrenzt ist. Letzterer enthält eine Drosselstelle 27, die erfindungsgemäß als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist und den Durchtritt von Arbeitsmedium in einen Innenraum 28 der Reibungskupplung freigibt und in einer relativ dünnen achsnormalen Wand des Kolbens 26 vorgesehen ist.
2 und 3 zeigen die Ausbildung des Druckbegrenzungsventiles. Eine Tellerfeder 30 ist an der Seite des Innenraumes 28 der Kolbenwand 29 vorgesehen. Ein Niet 31 ist in einer Zentralbohrung 32 fest vernietet, wozu er eine Schulter 33 aufweist. Der Kopf 34 des Nietes 31 hält den inneren Rand 35 der Tellerfeder 30 mit einer gewissen Vorspannung. Deren äußerer Rand 36 wird so auf eine eingesenkte Auflagefläche 37 gedrückt, wodurch Strömungsbohrungen 38 abgedeckt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 2 Strömungsbohrungen 38 im Abstand 39 von der Achse der Zentralbohrung 32 vorgesehen. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes hebt der äußere Rand 36 der Tellerfeder 30 ab, das Ventil beginnt zu öffnen.
In der Variante der 4 und 5 tragen gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen. Der Unterschied besteht darin, daß anstelle des Nietes 31 eine Bundschraube 41 fest in die Zentralbohrung 32 eingeschraubt ist und daß eine große Anzahl Strömungsbohrungen 48 vorgesehen sind, die auf der Seite der Tellerfeder 30 durch einen Ringraum 42 verbunden sind. Auf diese Weise kann ein sehr großer Flüssigkeitsstrom bewältigt werden. Anstelle des Bundes kann die Schraube auch anders gesichert werden.

Claims

Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung, bestehend aus einem rotierenden Gehäuse (1), einer in diesem angeordneten hydrostatischen Verdrängungsmaschine (2), einer Welle (4), einer Reibungskupplung (3) zur Verbindung der Welle (4) mit dem Gehäuse (1) und einem Kolben (26), wobei bei Auftreten einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse (1) und der Welle (4) in einem Druckraum (24) ein auf den Kolben wirkender Druck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (24) über ein Druckbegrenzungsventil (27) mit dem Innenraum (28) der Reibungskupplung (3) in Verbindung steht, das bei Erreichen eines bestimmten Drucks im Druckraum (24) öffnet.
Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (27) von einer auf der Seite des Innenraumes (28) angeordneten Tellerfeder (30) gebildet wird, deren innerer Rand (35) eingespannt ist und deren äusserer Rand (36) mindestens eine Strömungsbohrung (38) überdeckt.
Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil in der achsnormalen Wand (29) des Kolbens (26) untergebracht ist.
Drehzahldifferenzabhängige hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (29) des Kolbens eine Zentralbohrung (32) und diese in gleichem Abstand (39) umgebende Strömungsbohrungen (38) aufweist.