DE2135791C3 - Flüssigkeitsreibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit ineinandergreifenden Scheibensätzen, die innerhalb eines abgeschlossenen, mit viskoser Arbeitsflüssigkeit gefüllten Gehäuses angeordnet sind.

Eine derartige Kupplung ist aus der FR-PS 15 37 469 bekannt. Diese bekannte Kupplung dient dazu, das Drehmoment zwischen einem antreibenden und einem angetriebenen System zu übertragen und hierbei Vibrationen des antreibenden Systems vom angetriebenen System fernzuhalten. Insofern dient diese bekannte Kupplung zur Vibrationsdämpfung.

Bei der Drehmomentübertragung beispielsweise in Kraftfahrzeugen ist es erwünscht, ein hohes Schlupfvermögen bei niedrigen Drehzahlunterschieden zwischen den beiden Teilen des Differentials und ein nied riges Schlupfverinögen bei großen Drehzahlunterschieden zu erreichen. Dies bedeutet, daß ein großer Drehmomentenbereich erfaßt werden muß. Die genannte Druckschrift sagt nichts über die Drehmomenterfordernisse bei hohem Schlupf aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung zu schaffen, die bei geringen Drehzahlunterschieden wenig Drehmoment, jedoch bei großen Drehzahlunterschieden möglichst viel Drehmoment überträgt, so daß sich die Wirkung der Kupplung vor allem und insbesondere bei großen Drehzahlunterschieden auswirken kann.

Diese Aufgab«: wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse im Ruhezustand bei 25^rC zwischen 85 und 95% mit Druckflüssigkeit gefüllt ist.

Hierdurch wird erreicht, daß die sich bei kieinen Drehzahlunterschieden einstellende Betriebstemperatur noch nicht zu einem Druckaufbau ausreicht, der notwendig wäre, um das volle Drehmoment zu übertragen. Wenn jedoch der Drehzahlunterschied ansteigt, steigt die Temperatur über 100⁰C an, wodurch infolge der Ausdehnung der Arbeitsflüssigkeit in bezug auf die Ausdehnung des Gehäuses ein Druck aufgebaut wird. Es hat sich hierbei ergeben, daß dieser Druckaufbau gleichzeitig zu einer Erhöhung des Drehmoment-Übertragungsvermögens führt.

Durch die vorgegebene Füllung des Gehäuses mit Arbeitsflüssigkeit bei 25° C erhält man eine Kupplung mit einem über einen weiten Bereich liegenden Drehmoment-Übertragungsvermögen.

Die genannten Vorteile lassen sich beispielsweise an Hand eines Motorfahrzeugs mit Vier-Rad-Antrieb erkennen, wenn die erfindungsgemäß ausgebildete Kupplung zwischen den zwei jeder Achse zugeordneten Differential-Getrieben eingebaut ist Diese Kupplung verhindert dann beim Anfahren ein Durchdrehen und beim Bremsen ein Blockieren der Räder auf einer der beiden Achsen oder auf einer der beiden Fahrzeuglängsseiten, während unter normalen Fahrbedingungen geringfügige Drehzahlunterschiede zwischen den Rädern beider Achsen oder beider Längsseiten keine Steuerwirkung auf die Kupplung ausüben.

in vorteilhafter Weise sind die Wirkflächen wenigstens einzelner Kupplungsscheiben mit öffnungen versehen.

Ein in der Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist in den Zeichnungen wiedergegeben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht der Kupplung.

F i g. 2 und 3 Ansichten von zwei ineinandergreifenden Kupplungsscheiben,

F i g. 4 eine graphische Darstellung,

F i g. 5 einen Querschnitt durch einen Teil eines die Kupplung enthaltenden Kraftfahrzeuggetriebes.

Die in F i g. 1 wiedergegebene Kupplung besteht aus wechselweise ineinandergreifenden äußeren Scheiben 10 und inneren Scheiben 11, die um eine gemeinsame Mittelachse 12 in einem Gehäuse umlaufen können. Dieses Gehäuse besteht aus relativ zueinander drehbaren, konzentrischen zylindrischen Vv iden 13 und 14 mit zusammenwirkenden Endplatten 15 und 16. Das Gehäuse enthält eine in der Zeichnung nicht dargestellte viskose Arbeitsflüssigkeit, die durch eine mittels eines Stopfens 18 verschließbare Bohrung 17 eingefüllt werden kann. Durch Dichtungen 19 und 20 wird ein Ausfließen der Flüssigkeit verhindert. Die Endplatten 15 und 16 werden durch Sicherungsringe 21 ortsfest gehalten.

Die in F i g. 2 wiedergegebenen äußeren Scheiben 10 sind an ihrem Außenumfang gezahnt und durch axiale Keilnuten 22 mit der Innenfläche der Wand 13 antriebsmäßig verbunden. Wie F i g. 3 zeigt, sind die inneren Scheiben 11 innen gezahnt und durch axiale Keilnuten 23 mit der inneren Wand 14 antriebsmäßig verbunden. Die Scheiben eines jeden Scheibensatzes der äußeren und inneren Scheiben 10, 11 werden durch als Drahtringe ausgebildete axiale Abstandshalter 24, 25 voneinander auf Abstand gehalten. Der Drahtdurchmesser ist so gewählt, daß die Scheiben 10 und 11 frei ineinandergreifen und die Arbeitsflüssigkei mit den Scheibenflächen in Berührung steht.

Die einander gegenüberliegenden Scheibenflächen jeder der Scheiben 10 und 11 stehen durch in ihrem Arbeitsbereich liegende öffnungen in Flüssigkeitsverbindung. In den an ihrem Außenumfang befestigten Scheiben 10 sind dies eine Mehrzahl von etwa konzentrisch zur Mittelachse 12 vorgesehenen durchgehenden Bohrungen 26, wohingegen in den an ihrem Innenumfang befestigten Scheiben U eine Mehrzahl von radia verlaufenden, nach außen offenen Schlitzen 27 vorgesehen sind. Die in F i g. 2 wiedergegebene Scheibe 10 hai einen Innendurchmesser von etwa 6,5 cm; sie weisi

zwanzig Bohrungen 26 auf, deren Durchmesser etwa 0,8 cm beträgt Diese Bohrungen sind in gleichem Winlcelabstand voneinander auf einem Teilkreis vorgese-It frui, dessen Durchmesser etwa 7,6 cm beträgt. Die Scheibe hat eine Stärke von etwa 0,05 cm und besteht s aus nickelplattiertem Flußeisen.

Die in Fig.3 dargestellte innere Scheibe Π hat einen Außendurchmesser von etwa 10 cm, hat die gleiche Stärke wie die Scheibe 10 und besteht aus dem gleichen Werkstoff. Sie weist zweiundreißig etwa 0.16 cm breite Schlitze 27 auf, die in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet sind und deren innen geschlossene Enden auf einem Teilkreis mit einem Durchmesser von etwa 6,5 cm liegen.

Die Kupplung setzt sich aus sechsundzwanzig äußeren Scheiben 10 und siebenundzwanzig inneren Scheiben 11 zusammen. Die Drahtstärke der axialen Abstandshalter 24,25 beträgt etwa 0,012 cm.

Die in dem von den Wänden 13, 14 umschlossenen Gehäuse befindliche Flüssigkeit besteht aus einer SiIikon-Flüssigkeit, deren Viskosität einen Normalwert zwischen 45 000 und 6000OcSt (Zentistoke) hat, der aber nach oben oder nach unten hin schwanken kann, abhängig von den geforderten betrieblichen Erfordernissen. Die Flüssigkeit wird zweckmäßig unter Vakuum eingefüllt. Nach der Füllung wird ein Prozentsatz der aufgenommenen Flüssigkeit, beispielsweise durch Erhitzung der gesamten Kupplung auf etwa 100⁰C entfernt, um die später erläuterten Drehmomentcharakteristiken einzustellen und der Flüssigkeit die Möglichkeit zu geben, sich unter der beim Betrieb einstellenden Wärme auszudehnen. Der Prozentsatz der abgelassenen Flüssigkeitsmenge beeinflußt die Leistung der Kupplung insofern, als deren Drehmoment-Übertragungsvermögen merklich verschlechtert wird, wenn das innerhalb der Kupplung befindliche Gas- oder Luftvolumen mehr als 15% des aufgenommenen Flüssigkeitsvolumens bei einer gewählten Umgebungstemperatur beträgt. Der bevorzugte Prozentsatz an Gasoder Luftvolumen hängt, bezogen auf eine Umgebungstemperatur von etwa 25°C in gewissem Grad auch von der Viskosität der benutzten Flüssigkeit ab. Je höher der Wert der Viskosität ist, um ein so höherer Anteil an Gas oder Luft kann zugelassen werden. Bei Verwendung einer Flüssigkeit, deren Viskosität innerhalb des angegebenen Normalwertbereichc liegt, hat sich ein Luftvoluinen von 10% des Flüssigkeitsvolumens, bei einer Temperatur von 25°C als vereinbar mit einer sich bis zu einer Betriebstemperatur von etwa 100⁰C erstreckenden befriedigen Kupplungsleistung erwiesen. Luftvolumenwerte von weniger als 5% können natürlich in Verbindung mit einer Beschränkung der maximalen Betriebstemperatur zugelassen werden. Zusätzlich zur Luft können auch Mittel vorgesehen sein, die eine Anpassung an die Expansion ermöglichen, beispielsweise ein nachgiebiges, zellenförmiges Gebilde, das von einer der Endplatten 15,16 getragen ist.

An Hand der F i g. 4 wird nachfolgend die Bedeutung dtr erfindungsgemäßen Merkmale, des Einflusses von Gas oder Luft in der Kupplung und der in den Kupplungsscheiben vorgesehenen öffnungen erläutert.

In F i g. 4 gibt in ausgezogener Linie für eine Kupplung nach der Erfindung die Vergrößerung der Drehmoment-Übertragung mit zunehmender Drehzahldifferenz zwischen den Scheibensätzen 10 und 11 wieder. Die strichpunktierte Linie gibt den entsprechenden Verlauf für eine Kupplung wieder, deren Scheiben keine öffnungen haben. Es ist hieraus erkennbar, daß durch die Anbringung von Löchern oder Durchbrechungen in den Scheiben das Drehmoment-Übertragungsvermögen ganz aligemein verbessert wird und daß ein schnellerer Anstieg bei verhältnismäßig kleinen Drehzahldifferenzen "und ein merkbarer Anstieg des Übertragungsvermögens bei verhältnismäßig hohen Drehzahldifferenzen stattfindet Eine in F i g. 4 nicht erkennbare Besonderheit besteht noch darin, daß bei der hier beschriebenen Kupplung eine Vergrößerung des Drehmoment-Übertragungsvermögens während vorübergehender Drehzahldifferenzen oder beim sogenannten Flattern erreicht wird. Dies ist dort von Wichtigkeit, wo die Kupplung zum Steuern der Funktion eines Differentialgetriebes in der Kraftübertragung eines Motorfahrzeuges dient.

Durch die in den Scheiben vorgesehenen öffnungen wird auch die Wärmeabfuhr verbessert, weil eine Flüssigkeitszirkulation innerhalb des Gehäuses erleichtert wird. Hierdurch wird der Wärmegradient über die Scheiben 10 und 11 auf ein Kleinstmaß gehalten und eine mögliche thermische Verformung vermindert. Eine weitere Folge der Bohrungen ist, daß die Scheiben weniger dazu neigen, sich zu verbiegen oder zu verziehen, so daß die Abnützung verringert und ihre Haltbarkeit und ihre Betriebssicherheit erhöht wird. Die in Form von nach außen offenen radialen Schlitzen ausgebildeten öffnungen bewirken eine thermische und mechanische Spannungsentlastung, und alle öffnungen erleichtern das Eindringen der viskosen Arbeitsflüssigkeit in die Zwischenräume zwischen den Wirkflächen der Scheiben 10 und 11 und verhindern oder erschweren dadurch das Verbleiben von Luftblasen. Dadurch wird die Genauigkeit der Steuerung verbessert, welche ausgeübt werden kann, indem bei einem gewünschten Prozentsatz an Luftvolumen die Flüssigkeit die Möglichkeit hat, sich infolge der im Betrieb eintretenden Erwärmung auszudehnen.

Wie F i g. 5 zeigt, läßt sich eine Kupplung der hier beschriebenen Art bei einem Motorfahrzeug in das Getriebe einbauen, von welchem aus über ein Differentialgetriebe 28 die in der Zeichnung nicht dargestellten vorderen und hinteren Radsätze angetrieben werden können. Der Träger 29 des hierin verwendeten Planetenrades stellt bei laufendem Motor den Eingang dar, während der Kreisring 30 den Ausgang zu dem einen Radsatz und das Sonnenrad 31 den Ausgang zu dem anderen Radsatz darstellt. Der Träger 29 wird durch eine koaxial zur Mittelachse 12 angeordnete Eingangswelle 32 angetrieben. Eine erste Ausgangswelle 33 ist mit dem Kreisring 30 über einen Flansch 34 verbunden, der über eine Innenverzahnung mit dem Kreisring 30 in Eingriff steht. Eine zweite Ausgangswelle ist antriebsmäßig mit dem Sonnenrad 31 über eine Kette verbunden, die über ein Kettenrad 36 läuft, welche mit einer Hohlwelle 37 verbunden ist, auf der das Sonnenrad 31 verkeilt ist. Die äußere Wand 13 der Kupplung weist einen Flansch 38' auf, der über eine Außenverzahnung mit dem Kreisring 30 in Eingriff steht. Die innere Wand 14 der Kupplung ist auf der Hohlwelle 37 verkeilt und befindet sich folglich in Antriebsverbindung mit dem Sonnenrad 31.

Die hier beschriebene Kupplung läßt sich im Antrieb eines Motorfahrzeuges einbauen, welches jeweils für den Vorderradantrieb und den Hinterradantrieb getrennte Differentialgetriebe enthält, zu denen jeweils getrennte Wellen führen. Diese Wellen stellen relativ zueinander drehbare Teile dar und sind über die hier beschriebene Kupplung wechselseitig miteinander ver-

bunden.

Wenn beim üblichen Vorwärts- oder Rückwärtsantrieb beide Wellen mit annähernd derselben Drehzahl umlaufen und beispielsweise nur die Vorderräder angetrieben werden, laufen die Hinterräder lediglich mit, da kein oder nur ein geringes Drehmoment über die Kupplung übertragen wird, solange zwischen den relativ zueinander drehbaren Teilen keine oder nur eine geringere Drehzahldifferenz besteht. Dreht jedoch beispielsweise ein Hinterrad überschnell durch, entsteht eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden durch die Kupplung miteinander verbundenen Wellen, woraufhin in der Kupplung eine Temperatur entwickelt wird, die zu einem plötzlichen Druckaufbau führt, wodurch das Drehmoment von der einen auf die andere Welle über tragen wird. Dies wiederum hat zur Folge, daß da; Durchdrehen des Hinterrades verhindert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit ineinandergreifenden Scheibensätzen, die innerhalb eines abgeschlossenen, mit viskoser Arbeitsflüssigkeit gefüllten Gehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13 bis 16) im Ruhezustand bei 25°C zwischen 85 und 95% mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist to

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflächen wenigstens einzelner Kupplungsscheiben (10,11) mit öffnungen (26 oder 27) versehen sind.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen air durchgehende Bohrungen (26) ausgebildet sind, die in Mehrzahl konzentrisch zur gemeinsamen Achse (12) angeordnet sind

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen als außen offene Schlitze (27) ausgebildet sind, die in Mehrzahl um die Achse (12) angeordnet sind.