DE2802676B2 - Schmieröl-Dosiervorrichtung für im ölbad laufende, schaltbare Lamellenkupplungen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Es sind im Ölbad laufende Schaltkupplungen bekannt, bei denen die Schmieröl-Zufuhr durch zusätzliche Steuerungsglieder dosiert wird, welche in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl geregelt werden, wie es beispielsweise die DT-OS 22 15 922 zeigt, von der die Erfindung ausgeht.

Hiernach ist in einer Ausführungs-Variante auch bereits ein« Möglichkeit bekanntgeworden, mittels von der Kupplungsbetätigung getrenntem ölkreislauf das Kühlen und Schmieren der Lamellenpakete vorzunehmen, wobei die Verteilung und Dosierung der ölmengen im wesentlichen durch mehrere mit Sperrscheiben versehene Bolzen, die als Ventilschieber fungieren, vorgenommen wird.

Es fehlten indessen bisher noch Lösungen, wo mit einfachsten konstruktiven Mitteln der Schmierölzufluß nicht nur gut verteilt und in Abhängigkeit von der Kupplungsdrehzahl dosiert wird, sondern wo er auch mengenmäßig nur entsprechend dem lediglich beim eigentlichen Kuppeln entstehenden Wärmeanfall verstärkt zudosiert wird.

Die bisher übliche Konstruktionsweise vop Schmieröl-Dosiervorrichtungen für im ölbad laufende Kupplungen führte zu zahlreichen einzelnen Bauteilen und entsprechend komplizierten Baugruppen, deren Fertigung zur Vermeidung von Montage- und/oder Funktions-Schwierigkeiten, insbesondere bei Massenfertigung, relativ hohe Ansprüche hinsichtlich Präzision und

Zusammenbau-Sorgfalt erforderlich macht

Neben den damit weiter verbundenen Problemen erschwerter Wartung infolge eingeschränkter Austauschbarkeit und verstärkter Reparaturfehler-Gefahren hat sich indessen aber auch noch gezeigt, daß es mit der bisher bekanntgewordenen Ausführung nur in unzureichender Weise gelang, erhöhten Anforderungen in wirtschaftlicher und funktioneller Hinsicht optimal gerecht zu werden. Insbesondere war es mit den bisher bekanntgewordenen Mitteln nicht ausreichend sicher gewährleistet, daß auch bei geringer Schmieröl-Menge und großer Schalthäufigkeit eine gleichmäßige Verteilung des Öles auf die verschiedenen Kupplungen jederzeit zustande kam. Auch war es bisher mit einfachen Mitteln nicht möglich, eine individuell auf den Wärmeanfall infolge der Schaltarbeit zubemessene Schmier- und Kühl-Ölmenge allen Kupplungsbereichen zuzuführen. — In der Regel waren die Mengen auf konstante Werte festgelegt — Die Folge waren verkürzte Lebensdauern und Betriebsstörungen sowie erhöhter Reparatur- und Wartungsaufwand.

Die Aufgabe der im Anspruch angegebenen Erfindung besteht daher vorrangig darin, eine Schmieröl-Dosiervorrichtung für im ölbad laufende Schaltkupplungen zu schaffen, welche eine vereinfachte Gestaltung der gesamten Kupplung und selbst bei mengenmäßig reduziertem Durchsatz noch eine verbesserte Dosierung und Verteilung der Schmierölmenge zusammen mit einer Mengenreduzierung im Entspannungszustand ermöglicht Darüber hinaus sollen funktionsverbessernde und wartungsoptimierende Effekte erzielt werden. Mit der Schmieröl-Dosiervorrichtung für im Ölbad laufende Schaltkupplungen nach der Erfindung werden die aufgabengecnäßen Probleme auf überzeugend einfache Weise gelöst, weil nur die an sich ohnehin schon vorhandenen Bauteile einer Schaltkupplung benötigt werden, deren funktionsgerechte Gestaltung zudem noch mit normal-üblichen Fertigungsmitteln und bei sehr geringem zusätzlichem Bearbeitungsaufwand geschaffen werden kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktionsmerkmale lassen sich allgemein bei allen ölgekühlten bzw. im Ölbad laufenden Kupplungen anwenden, gleichgültig, mittels welcher Stellglied-Bauart die Betätigung der Druckplatte bzw. das Zusammenpressen der Lamellen erfolgt

Gegenüber der älteren Kupplungsgestaltung nach der Ausgangsdruckschrift DE-OS 22 15 922 und der damit ähnlichen Bauart der DE-AS 12 64 887 liegen die Vorteile im wesentlichen darin, daß

- die Steuerung eines separaten Schmieröl-Kreises unmittelbar und direkt durch den Kupplungskolben erfolgt, also auch zeitlich verzögerungslos;

- die Steuerung durch die sowohl als Ventilschieber als auch als Kupplungsbetätigungskolben bzw. Druckplatte ausgebildete und bis kurz vor Erreichung der Lamellenanpressung noch biaxial bewegliche Kupplungsplatte bzw. das dazu bevorzugte, ringscheibenförmige Druckstück 9 selbst, also ohne jegliches separates Ventil oder Hilfselement und andere Instabilitätsursachen, vorgenommen wird;

- die Steuerung des Schmieröl-Durchflusses in einer mittels Ventilen üblichen Art nicht erreichbaren Maßes zwangsgekippelt ist mit Zeitpunkt, Stärke und Dauer des Kupplungsvorganges und es sogar möglich ist, bei geeigneter Gestaltung der Steuerhülse 10 den Druck im Ringkanal 11 auch zur Zurückstellung des Druckstückes 9 ohne Federhilfe zu nutzen, sobald der Kuppmngsdruck ausreichend abgefallen ist;

- die Steuerung nicht durch Ermüdung separater Federn außer Takt geraten bzw. verändert werden kann;

- die Strömungsquerschnitte größer und die Kanäle selbst weniger wirbelverursachend gestaltet sein können;

- die Kraftausnutzung und die Stoßdämpfung durch das Zusammenwirken von Kupplungsschließ-Kolbenfläche und Öffnungs-Kolbenfläche in den Zylindern 15 bzw. 11 verbessert wird und separate Ventil-Kolbenflächen unnötig sind;

- die Außenabmessungen der Kupplung bei an sich gleicher Anpreßfläche kleiner sein können, weil der Einbauraum für die Ventile und ggf. auch für Druckfedern entfällt und in manchen Fällen sogar Rückstellfedern entfallen bzw. kleiner sein können;

- diese Steuerungsart ohne weiteres auch für Einfach-Kupplungen verwendbar ist;

- die Zahl der benötigten Bauteile sowie der einzeln beweglichen Teile drastisch gesenkt wird;

- die mechanischen Bearbeitungsaufwendungen sowie auch die Montagearbeiten enorm verringert werden können;

- ein unbeobachteter Teilausfall wichtiger Einzelteile nicht in gleich starker Weise möglich ist wie bei Bauarten mit vielen Einzelventilen;

- die Einflüsse von Zentrifugalkräften, Vibrationen und Resonanzen hiermit in erheblichem Maße zurückgedrängt werden können (u. a. erfolgt hydraulische Stoßdämpfung durch Ringkanal 11 und Schraubensicherungen usw. entfallen bzw. werden verringert

- und schließlich auch das Leistungsgewicht im Vergleich zu konventionellen Kupplungen deutlich verbessert werden kann.

Die Bauart na?h der Ausgangsdruckschrift DE-OS 15 922 unterscheidet sich also durch die Verwendung separater Ventile mit Rückstellfedern sowie erheblichem Aufwand für deren Unterbringung und Betätigungsvorrichtungen von der Erfindung ganz eindeutig.

Die Gestaltung nach der auf das gleiche Ziel gerichteten Version gemäß der DE-AS 12 64 887 weist eo außerdem noch die Eigentümlichkeit auf, daß nicht der Kolben das Schmieröl steuert, sondern separate Ventile in der Welle (bzw. in einem Wellenbund) und daß dabei die ölzuführung zum zweiten Kupplungskolben als Schmieröl-Zuführung zum ersten Kupplungspaket *>■> dient und umgekehrt. — Diese Bauweise ist daher auch ausschließlich auf Doppdkupplungen beschränkt. -

Auch bei der dieser Bauart durch die Betätigung der

Ventile mittels des Lamellenpaketes vorgegebenen, starken Abhängigkeit der Steuerungs-Exaktheit vom Zustand bzw. Erwärmungsgrad der Lamellen mit ihrem schwerwiegenden Nachteil hinsichtlich optimaler Dosierung und Betriebszuverlässigkeit bzw. Lebensdauer-Erwartung solcher Systeme wird erfindungsgemäß klar vermieden.

Der augenfälligste Unterschied zu der weiterhin noch bekanntgewordenen Kupplungsbauart nach der US-PS 28 37 192 ist zwar der Umstand, daß die ölzuführangen gerade im eingerückten Zustand der Kupplung vollständig geöffnet sind, während sie bei der erfindungsgemäßen Ausführung im gleichen Zustand der Kupplung vollständig geschlossen sind. Es ist dies jedoch nicht eine einfach umkehrbare Funktionsweise (Schließen bei Kupplungsbetätigung statt des erfindungsgemäßen öffnens des Schmierölkanals), welche mit dieser Bauart gar nicht möglich wäre. Vielmehr ergibt Kupplungsbetätigung hierbei keinerlei Lieferung von Öl zur Lamellenkühlung, weil hier sonst rVr primär wichtige Kupplungsschüeßdruck nicht ausreichen könnte und getrennte Zufuhr von Druck- und Schmieröl ist hier weder vorgesehen noch baulich möglich.

Es besteht hier deshalb der große Nachteil, daß eine Schmierung bzw. Kühlung lediglich bei Nichtbetätigung der Kupplung und im Anfangsbereich des Kupplungs-Füllzeitraumes, und dies nur bei sehr niedrigem Druck, stattfinden kann, also im wesentlichen dann, wenn der eigentliche Kühlbedarf minimal ist

Eine solche — dem Wärmeanfall genau entgegenstehende — zeitliche Totalbeschränkung des Schmieröldurchflusses braucht bei der erfindungsgemäßen Konstruktion zu keiner Zeit in Kauf genommen zu werden, was an sich schon offensichtliche Lebensdauer- und Zuverlässigkeits-Vorteilz mit sich bringt Auch imponderabile Zustände, welche den Zeit-/Weg-Ablauf stören können, wie sie durch die zuletzt erwähnte Bauweise vorgegeben waren, wärend auch, insbesondere wegen der Anforderungen für automatisch gesteuerte Getriebe, nicht tragbar für das wichtigste Anwendungsgebiet der Erfindung.

Der Erfindung stellte sich deshalb u.a. auch die Aufgabe, die Schmieröl-Steuerung auch für Einfach-Kupplungen für sich alleine zu verbessern, ohne daß gleichzeitig auch Einfluß auf das bevorzugt druckmodulierte Druckölsystem genommen wird. Es war also notwendig, eine Lösung zu finden, bei welcher nicht nur jederzeit druckdicht getrennte Dmcköl- und Schmieröl-Zufuhrkanäle vorhanden sind, sondern wo auch gleichzeitig mit voll in Aktion befindlicher Drucköl-Betätigung und weitestgehend unabhängig von deren Belastungsgrad die Schmieröl-Zufuhr vorwiegend kolben*"'cg-proportional und allzeit identisch reproduzierbar steuerbar gemacht werden konnte.

Gegenüber der 3auart nach der US-PS 28 37 192 wird hier auch nicht zusätzlich Weg und Raum (Pos. 47) zur Rückführung des Schmieröles durch Passagen, Taschen und Kammern im Zentrum der Baugruppe benötigt. Füi ausreichenden Ö'iaustausch ist hier in jeder Einbaulage gesorgt Gleichmäßige Schmieröl-Abströmung und die Vermeidung von Exzentrizitätserscheinungen beim Bewegungsablauf der Kupplungsbetätigung ist ohne Beeinträchtigung des Ölrücklaufes möglich.

Raum und Gewicht werden auch gegenüber den bekannten Bauarten dadurch gespart, daß es nunmehr sogar möglich wird, bei bestimmten Abmessungsverhältnissen mit der neuen Kupplungsbauart ganz auf spezielle Rückstellfedern zu verzichten und die Rück-

Stellung mittels Schmieröl-Druck vorzunehmen.

Auch hierdurch ist die Störanfälligkeit und der Aufwand gegenüber den bekannten Ausführungen eindeutig verringert.

Bei der erfindungsgemäßen Dosierungsvorrichtung ist der Kupplungsbetätigungskolben, also das ringscheibenförmige Druckstück (9) sowohl in nennenswertem Maße längsverschieblich unmittelbar auf der Welle als auch — solange kein Anpreßdruck im Ringzylinder (15) herrscht — in vom Lamellenpaket unabhängiger Weise ι ο rotierfähig angeordnet und es sind seine Oldurchlaßbohrungen gegen den Ringraum zur Kupplungsbetätigung (15) stets druckdicht verschlossen.

Der Kolben (23) gemäß der US-PS 28 37 192 muß dagegen, gegenüber dem nicht auf der Welle (10) ι'> längsverschieblichen Ringzylinderteil (18), lagefixiert eingebaut sein, wozu es weiterer materialler und bearbeitungsmäßiger Aufwendungen bedarf, um ein sicheres Rückstellen mittels Federkraft nach dem Kuppeln und jederzeit auch im Heißzustand und bei Abnutzung ein exaktes Überdecken der Steuerbohrungen (41, 42) zu gewährleisten. Dort kann sich die Druckplatte also nicht gleitend an die Lamellen anlegen, sondern es besteht größere Neigung zu Stößen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird es r> hingegen wegen der Möglichkeit einer anfänglichen Rotationsbewegung des Kolbens ohne weiteren Aufwand erreicht, daß sich der Kupplungseingriff aus der Drehbewegung mit gegenüber den Lamellen teilweise unterschiedlicher Geschwindigkeit stoßgedämpft und w sanft abbremsend erst allmählich zum reinen Anpreßvorgang mit ausschließlicher Axialbewegung wandelt.

Überdies weist die Ausführung nach dieser Entgegenhaltung nicht wie bei der Erfindung einen fest mit der Welle verbundenen Ringbund (3) als Abstützfläche für ti die Kupplungsstellkraft auf, sondern es ist dort zwischen Welle und Kupplungskolben noch ein auf der Welle (10) gemeinsam mit dem Lamellenpaket (16) drehbarer Flansch angeordnet, durch welchen für das öl sowohl vorwiegend radiale Zufuhrkanäle (33) als auch vorwie- ·ό gend koaxiale Abströmkanäle (42) vorgesehen sind.

Die weiterhin dort vorgesehenen Bohrungen (12 bzw. 41) im Bund des Kupplungskolbens sind auch nicht als vorwiegend radial gerichtete und in keiner Position mit dem Ringzylinderraum (15 bzw. 22) in Verbindung *ϊ stehende Kanäle ausgeführt, sondern sind vorwiegend koaxial ausgerichtet und verbinden den mit Drucköl beaufschlagten Ringzylinderraum (22) zumindestens bei Ausgangsstellung auch mit dem Schmierölabfluß (42/43), so daß zumindestens bei Betätigungsbeginn so noch ein gewisser Zeit- und Energieverlust unvermeidbar ist, bis der Druck bei (22) zur Bewältigung des Hubweges ausreicht Die Hauptaufgabe der erfindungsgemäßen Bauart nämlich eine bedarfsgerechte Zudosierung von Schmieröl zu den Lamellen usw. ohne größere Beeinträchtigung der auch für zahlreiche andere Schmierstellen bedeutsamen Öldruckverhältnisse im Schmierölversorgungssystem, insbesondere während des Kupplungseingriffes, kann also mit der entgegengehaltenen Konstruktion gar nicht erfüllt werden. Das dort erfolgende Reduzieren des Öldruckes bei ausgeschalteter Kupplung mit Hilfe außenliegender Regler stellt im Gegenteil die Versorgungssicherheit in Frage und das Abschalten der ölzufuhr zum Lamellenpaket beim Kuppeln steht den Kühlungserfordernissen, welche bei neutzeitlichen Hochleistungskupplungen von großer Bedeutung sind, diametral entgegen.

Überdies müssen hier zusätzliche Schmieröl-Druck-

regler speziell für die Kupplung vorgesehen werden, welche bei jeder Kupplungsbetätigung mit eingreifen. — Daß die in Rede stehende erfindungsgemäße Aufgabe einer hinsichtlich Druck und Menge vom Kupplungsvorgang nur indirekt abhangigen Schmieröl-Steuerung mit einer solchen Bauart auch gar nicht Konstruktionsziel war, geht auch aus der Beschreibungseinleitung dieser Entgegenhaltung hervor.

Schließlich ist bei dieser Bauart auch keine Vorkehrung getroffen, um Drucköl und Schmieröl zwar zeitlich gemeinsam, jedoch druck- und mengenmäßig getrennt zu steuern und sich damit dem individuell unterschiedlichen Bedarf verschiedener Einsatzfälle anpassen zu können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann es sein, wenn die Betätigung der Druckplatte durch Hydraulikdruck erfolgt und der auf der Welle befestigte Ringbund ein Profil aufweist, welches einen Ring-Zylinderraum schafft, in dem die Druckplatte als Ring-Kolben fungiert, der gleichzeitig die Steuerhülse zur bedarfsgerechten Überdeckung des Schmieröl-Zufluß-Ringkanals mitbetätigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Darstellung, welche den prizipiellen Aufbau der Schmieröl-Dosiervorrichtung für in öl laufinde Schaltkupplungen im Zustande der Entlastung, also nit vorzugsweise fest geschlossenem ölzutritts-Querschnitt, zeigt;

Fig. 2 zeigt die gleiche Anwendung, jedoch mit zusammengepreßtem Lamellenoaket, also mit vorzugsweise ganz geöffnetem Ölzutri'ts-Querschnitt.

In Fig. 1 ist der Schmieröl-Zufuhrkanal 1 durch eine Querbohrung in der Welle 2 verbunden mit dem dreiseitig geschlossenen Hohlraum, gebildet mit dem auf der Welle 2 befestigten Ringbund 5 und seinem Mitnehmerkranz 4 am äußeren Umfang, welcher seinerseits in loser Verbindung steht mit dem Lamellenpaket 5, das über Scheiben mit Ausnehmungen 6 am inneren Durchmesser, welche in axiale Mitnehmer 7 des Zahnrades 8 eingreifen, unter Zusammenpressung durch das Druckstück 3, Drehmomente übertragen kann, wobei erfindungsgemäß das längsverschiebliche und drehbare Druckstück 9 eine Steuerhülse 10 mit einem Ringkanal 11 trägt, derart, daß sich bei entspanntem Lamellenpaket 5 nur ein geringer bzw. kein freier Spalt mit dem Austritt des Schmieröl-Zufuhrkanals 1 in Überdeckung befindet. — Es wird dann also nur ein minimaler ölzufluß durch die öffnungen 12 erfolgen, wodurch ölumwälzleistung eingespart wird.

Die Steuerhülse 10 hat dazu eine radial eingebogene Steuerkante 10Λ auf ihrer Innenumfangsfläche, die mit der Welle 2 einen Ringkanal U bildet und deren an der Welle 2 dicht anliegender Teil ihre als Steuerfläche IM ausgebildete Begrenzung ist. Die Steuerhülse 10 hat in ihrem radial zurückgesetzten Teil ihrer axialen Erstrekkung auf dem Umfang gleichmäßig verteilte öffnungen 12, die im eingerückten Zustand der Kupplung einen freien Durchtritt für das Schmieröl durch in Mitnehmern 7 am Zahnrad 8 vorgesehene öffnungen 13 zuläßt

In Fig.2 ist die gleiche schematisch dargestellte Vorrichtung im Zustand der Zusammenpressung, die prinzipiell mittels beliebiger, hier nicht gezeigter Stellkraftübertrager bewirkt werden kann, gezeigt Hierbei gibt die Steuerhülse 10 den gesamten Querschnitt des Ringkanals 11 so frei, daß ein Maximum an öl auf kurzem, direktem Wege durch die freien öffnungen zwischen den Mitnehmern 7 am Zahnrad 8

hindurch bis vorzugsweise zur Mitte des Lamellenpaketes 5 abfließen kann.

In einer Sonderanwendung kann die Betätigung des Druckstückes 9 hydraulisch erfolgen, indem der Ringbund 3 einen derart gestalteten und ausreichend weit in Richtung l.amellenpaket 5 auskragenden Außenkranz 14 aufweist, um zusammen mit der Welle 2 ein'; ι Ring-Zylinder 15 zu bilden, in dem das Druckstück 9 als Kolben der Hydraulikbetätigung auf an sich bekannte Weise das Zusammenpressen des Lamellenpaketes 5, jedoch auch hier unter gleichzeitiger öffnung des Schmierol-Zufuhrkanals I. bewirken können. — Es ist dabei für das erfindungsgemäße System unerheblich, ob die Hydraulik-Betätigung über separate ölkanäle

versorgt und ausgelöst wird oder ob dazu aus dem SchmierölZufuhikanal ein gesteuerter Teilstrom abgenommen wird.

Mit diesem erfindungsgemäßen Aufbau kann der ölzufluß zum Lamellenpaket 5 so dosiert und mit dem Betätigungsvorgang der Kupplung zeitlich so zuverlässig gekoppelt werden, daß nicht nur eine Verminderung der Gesamtumwälzölmenge während der viel längeren Zeiten des Nichtgebrauches möglich wird, sondern auch durch die konstruktionstypische, zentrifugalkraftbedingte Feinverteilung des Öles eine höhere Lebenserwartung Für die zu schmierenden bzw. zu kühlenden Bauteile erwartet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schmieröl-Dosiervorrichtung für im Ölbad laufende, scha Itbare Lamellenkupplungen,

   — mit getrennter Schmieröl-Zuführung durch die Welle,

   — welche ein mit einem Kupplungsbetätigungskolben Verbundes und als einziger Ventilschieber für einen Schmieröl-Zuführkanal zum Lamellenpaket dienendes Steuerelement aufweist

   — und welche aus mindestens einem Schmieröl-Zuführkanal im Inneren einer Welle besteht,

   — auf der ein Ringflansch befestigt ist,

   — der an seinem äußeren Umfang Mitnehmer für ein ringscheibenförmiges Lamellenpaket aufweisit,

   — das auch Lamellen mit Ausnehmungen am inneren Durchmesser umfaßt,

   — die ibi ?rseits in axiale Mitnehmer eingreifen,

   — die mit einen» drehbar auf der Welle angeordneten Zahnrad verbunden sind,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   a) zwischen dem als Druckzylinder ausgebildeten Ringbund (3) und dem Lamellenpaket (5) ein auf der Welle (2) drehbar and längsverschieblich angeordneter, ringscheibenförmiger Druckkolben (9) vorgesehen ist;

   b) der Druckkolben (9) mit einer axial vorkragenden Steuerhülse (10) fest verbunden ist, die radial innerhaio der Mitnehmer (7) am Zahnrad (8) die Austrittsöffnungrn des "ihmieröl-Zuführkanals (1) zur Gänze überdeckt;

   c) die Steuerhülse (10) auf i!^- -er Innenumfangsfläche mit einer radial eingezogenen Steuerkante (tOA) versehen ist, die mit der Welle (2) und der Innenumfangsfläche der Steuerhülse (10) einen Ringkanal (U) bildet und

   d) eine Begrenzung eines als Steuerfläche (UA) ausgebildeten, an der Weite (2) dicht anliegenden Teiles der Innenumfangsfläche der Steuerhülse (10) darstellt,

   e) die Steuerhülse (10) in ihrem radial zurückgesetzten Teil ihrer axialen Erstreckung auf dem Umlang gleichmäßig verteilte Öffnungen (12) aufweist, die im eingerückten Zustand der Kupplung einen freien Durchtritt für das Schmieröl durch in Mitnehmern (7) am Zahnrad (8) vorgesehene Öffnungen (13) zulassen.