DE3002502C2 - Hydraulisch betätigte Reibungskupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art.

Aus der DE-OS 28 23 823 ist eine solche hydraulische Kupplung bekannt, bei der jedoch mit zunehmender « Drehgeschwindigkeit der zum öffnen des Ventils erforderliche Fluiddruck abfällt, weil die Zentrifugalkraft die zum öffnen des Ventils erforderliche Druckkraft verringert.

Aus der DE-OS 20 39 950 ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Fluidsteuerung mit beschleunigter Ansprechempfindlichkeit bekannt, die verschiedene Gewichte verwendet, die so ausgelegt sind, daß sie auf Winkelbeschleunigungen ansprechen und die Zentrifugalventile zur Kontrolle der Beschleuni- " gung betätigen.

Die US-PS 33 52 395 verwendet Kompensationsstifte zur Stabilisierung des Steuerventils, da ohne diese Stifte das Ventil unter gewissen Umständen nicht gesteuert werden könnte. Diese Stifte wirken jedoch nicht gegen die Zentrifugalkräfte im Ventilsystem, sondern kompensieren eine Änderung des Zentrifugaleffektes auf das Ventil aufgrund einer radialen Bewegung des Ventiles.

Die Vorrichtung nach der DE-OS 25 37 064 hat einen etwas ähnlichen Aufbau wie die vorerwähnte DE-OS ^b5 39 950, doch sprechen die dabei verwendeten Gewichte sowohl auf die Zentrifugalkräfte als auch auf Winkelbeschleunigungen an. Die zentrifugale Kraftkomponente wird für die Geschwindigkeitssteuerung verwendet während die Komponente aus der Winkelbeschleunigung eine dämpfende Wirkung auf eine Drehmomentensteuerung ausübt

Die Vorrichtung nach der DE-OS 19 63 551 wird von ihrem Aufbau her durch die auf die Masse der Ventilteile wirkende Zentrifugalkraft beeinflußt was dazu führt, daß die Kupplung eine verringerte Übertragungskapazität mit zunehmender Geschwindigkeit aufweist Dies kann soweit gehen, daß bei gewissen Geschwi jdigkeiten die Übertragungskapazität der Kupplung null wird. In dieser Veröffentlichung sind keine gezielten, auf die Zentrifugalkräfte oder Winkelbeschleunigungen ansprechenden Bauteile vorgesehen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs definierten Art zu schaffen, die eine bauliche einfache Einrichtung aufweist die auch bei wachsender Drehgeschwindigkeit eine konstante Arbeitsweise der Reibkupplung sicherstellt

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Reibkupplung wird durch eine konstruktive einfache Maßnahme in Form eines Gegengewichts zum Ventilelement die auf das Ventilelement wirkende Zentrifugalkraft aufgehoben. Dies führt zu einem konstanten Ventilverhalten mit gleichbleibender Belastbarkeit der Reibkupplung bei sämtlichen Drehzahlen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine längsgeschnittene Ansicht durch eine Kupplung und ein Ventil nach der Erfindung, wobei einige Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit weggebrochen dargestellt sind und das Steuerventil sich in der geschlossenen Stellung befindet

F i g. 2 eine quergeschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 2-2 in Fig. 5 mit aus Gründen der Übersichtlichkeit weggebrochenen oder im Schnitt dargestellten Teilen,

F i g. 3 eine fragmentarische geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 3-3 in F i g. 2,

Fig.4 eine vergrößerte geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 4-4 in F i g. 2 mit Darstellung des Steuerventils in einer Lage, bei der eine öffnung zu der Kupplungsbeaufschlagungskammer offen liegt,

F i g. 5 eine F i g. 4 ähnliche Ansicht mit Darstellung des Ventilelementes in einer radial außenliegenden Stellung, bei der beide Zuführöffnungen zur Kupplungsbeaufschlagungskammer offen sind,

F i g. 6 eine der Übersichtlichkeit wegen auseinandergezogene Ansicht von verschiedenen in Fig.4 und 5 gezeigten Ventilteilen, und

F i g. 7 eine grafische Ansicht des Druckverlaufes, bei dem das Ventil »abreißt«, d. h. sich von seinem Sitz abhebt und Druckfluid zum äußeren Kolbenraum eintreten läßt, wobei der Druck in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kupplung dargestellt ist; die gestrichelte Linie gibt den bisherigen Druckverlauf wieder, während die angezogene Linie das Kupplungsverhalten nach der Erfindung zeigt.

Dargestellt ist die Erfindung in Verbindung mit einer Doppelkupplung, doch läßt sie sich natürlich ebensogut bei einer einfachen Kupplung verwenden. Die gezeigte Doppelkupplung umfaßt ein zentrales Reaktionselement oder ein Gehäuse 1 für eine Kolbenanordnung, das an einer Welle 2 durch einen Paßstift 5 (F i g. 1) und in und um der Welle 2 angeordnete Federringe 5a befestigt ist. Das Gehäuse 1 steht daher mit der Welle 2

in Verbindung und dreht sich mit dieser. Ein Paar Kolben 3 und 4 ist gleitbar auf der Welle an jeder Seite des zentralen Reaktionselementes angeordnet, und diese Kolben bilden mit dem Reaktionselement Beaufschlagungskammern 6 und 7. Kupplungsnaben 8 und 9 sind auf der Welle mit ihren betreffenden Keilnuten und Federringen befestigt, und den Naben 8 und 9 sind betreffende Trommeln 10 und 11 zugeordnet Herkömmliche ineinandergreifende Reibscheiben 8a und 10a sind zwischen Nabe 8 und Trommel 10 bzw. zwischen Nabe 9 und Trommel 11 angeordnet und auf den betreffenden Teilen aufgekeilt. Die Trommeln 10 und 11 tragen jeweils ein Zahnrad 12 bzw. 13, die an den betreffenden Trommeln befestigt sind, wobei Trommeln und zugehörige Zahnräder sich frei auf der Welle 2 über geeignete in F i g. 1 deutlich zu sehende Rollenlager drehen können. Ein Verklemmen der Reibscheiben bewirkt eine gemeinsame Drehung des betreffenden Zahnrades mit der Welle.

In der Welle 2 sind Fluiddurchgänge 14 und 15 für ein Druckfluid ausgebildet Der Fluiddurchgang 15 erstreckt sich radial und steht in Verbindung mit einem im Gehäuse 1 vorgesehenen Fluiddurchgang 16, un. das Druckfluid letztendlich der Beaufschlagungskammer 6 zuzuführen. F i g. 1 zeigt ein Zentrifugalventil V für die Kammer 6 und den ringförmigen Kolben 3, wobei es sich versteht, daß ein nicht gezeigtes weiteres ähnliches Ventil ebenfalls im Gehäuse 1 angeordnet ist. Die beiden Ventile stehen in umfänglichem Abstand voneinander im Gehäuse 1, wobei das zweite Ventil in Verbindung mit der Kammer 7 steht Die Erfindung kann, wie erwähnt, auch bei einer einfachen Kupplung vorgesehen werden, und da die Arbeitsweise der Ventile und deren zugehörige Kupplungen gleich sind, wird nachfolgend nur ein Ventil, nämiich das Ventil V in Verbindung mit der Kammer 6, dem Kolben 3 und der in F i g. 1 auf der rechten Seite gezeigten Kupplung näher beschrieben. Ein weiterer, jedoch kleinerer radialer Fluiddurchgang 17 verbindet den Druckfluiddurchgang 14 direkt mit der kleinen radialen inneren ringförmigen Kammer 18, um die Reibscheiben mit einer anfänglichen raschen Klemmkraft zu beaufschlagen, so daß das Spiel in der Reibscheibenpackung beseitigt ist, wenn das Druckfluid in den Fluiddurchgang 14 hineingelangt. Wenn der Kolben die Reibscheiben miteinander verklemmt hat, ■ steigt der angelegte Druck weiter an, bis das Ventil V, wie nachfolgend näher erläutert, b -aufschlagt wird, um die Beaufschlagungskammer 6 unter Druck zu setzen.

Die Beaufschlagungskammern 6 und 7 werden daher durch ihre betreffenden Fluiddurchgänge 14 und 14a · (F i g. 2) in der Welle 2 gezielt unter Druck gesetzt, um ihre Kolben auszufahren und das benachbarte Reibscheibenpiket zu verklemmen. Ein herkömmlicher Paßstift 21 (Fig. I) ist zwischen jedem Kolben und dem Gehäuse 1 vorgesehen, wobei nur ein derartiger Stift 21 · dargestellt ist De.· Stift 21 erlaubt eine Axialbewegung des Kolbens relativ zum Gehäuse, jedoch sichert er. daß sich die Kolben zusammen mit dem Gehäuse drehen.

Geeignete und herkömmliche Ringdichtungen 22 sind zwischen dem Außenumfang der Weile 2 und dem ^b' Innenumfang der Kolben angeordnet. Herkömmliche Ringdichtungen 23 und 24 sind weiter zwischen Kolben und Gehäuse 1 vorgesehen.

Die Welle 2 ist in herkömmlicher Weise in nicht gezeigten reibungsarmen Lageranordnungen gelagert ^b5 und hat die Aufgabe der Kraftübertragung zwischen einer Antriebsquelle und einem angetriebenen oder Abtriebselement (niciif dargestellt), z. B. über die Zahnräder 12 oder 13. Zum Beispiel kann die Antriebsleistung von einer Antriebsquelle, z. B. einem Verbrennungsmotor, einer Turbine oder einer anderen nicht dargestellten Quelle, über die Welle zu einem nkht gezeigten in der Antriebsübertragungskette abstromseitig angeordneten Drehmomentwandler erfolgen, wobei unabhängig von der Drehzahl eine konstante Übertragungsleistung der Kupplung gewünscht ist

Das Gehäuse 1, in dem das Ventil V angeordnet ist, ι» bildet gemäß Fig.6 den radial sich erstreckenden Fluiddurchgang 16 und eine Öffnung, die die Fluiddurchgänge 15 und 16 in direkter Verbindung mit der kleinen Kammer 18 für die Vorverklemmung der Scheiben setzt. Ein Sitzelement 32 ist mit einem Stift 34 im r> Fluiddurchgang 16 fixiert und besitzt einen zentralen Fluiddurchgang 35 sowie eine Senkbohrung 35a, die einen Ventilsitz 36 bildet Eine weitere kleine Öffnung 37 verbindet den Fluiddurchgang 16 an der radialen Außenseite des Sitzes 36 mit der Kupplungsbeaufschla-2(i gungskammer 6. Eine größere Druckbeaufschlagungsöffnung 38 stellt ebenfalls eine Verbindung zwischen dem Fluiddurchgang 16 und der K^nmer 6 her.

Das Gehäuse weist ferner eine Kammerauslaßöffnung 39 auf, die radial außerhalb angeordnet ist und die 2' Kammer 6 zum Auslaß des Fluides mit dem ^ventil V verbindet um die Kammer zu entspannen und damit die kupp Jnde Eingriffnahme zu beenden.

Das Gehäuse 1 weist eine Bohrung 40 (F i g. 2,3 und 6) auf, die sich quer durch das Gehäuse erstreckt und durch «> die sich ein angelenktes Gegengewicht 42 erstreckt wie dies nachfolgend beschrieben wird.

Das Ventil Vselbst enthält eine feststehende Hülse 46. die im Fluiddurchgang 16 an ihrem äußeren Ende durch einen Federring 47 und durch ihren Absatz 48 gehalten «' ist Ein zentraler Durchgang 49 erstreckt sich durch die Hülse, durch die ebenfalls eine Queröffnung 50 hindurchgeht, die den zentralen Fluiddurchgang 16 mit der Gehäuseöffnung 39 verbindet.

Ein verschiebbares Ventilelement 52. das eine ¹⁽¹ napfartige Gestalt hat. und eine zentrale Öffnung 53 aufweist, kann mit seiner inneren Dichtungsfläche 54 an dem radialen äußeren Ende des Ventilsitzes 36 des Elementes 32 anstoßen und auf diese Weise eine Fluiddichtung bilden. Ein Ventilstöße¹ 55 ist in > fluiddichtem Eingriff in der zentralen Öffnung 35 des Ventilsitzelementes 52 durch einen O-P.ing 57 und eine Unterlegscheibe 58, di« an dem Stößel 55 durch einen Federring 59 gehalten werden, fixiert. Das verschiebbare Ventilsitzelement 52 und sein Stößel 55 wirken auf ein verschiebbares Ventilelement, das in dichtendem Eingriff mit dem Ventilsitz 32 kommen kann, um einen Zufluß des Druckfiuides in eine der beiden Öffnungen 37 und 38 zu unterbinden. Gewöhnlich steht das verschiebbare Ventilelement unter der Vorspannkraft einer Schraubenfeder 60 in Anlage an seinem Sitz, um eine Druckbeaufschlagung der Kupplungsbea-ifschlagungskammer 6 zu verhindern. Wenn die von dem Druckfluid ausgeübte Kraft ausreicht, um das Ventilelement radial nach außen weg von seinem Sitz zu verschieben, kann das Druckfluid zunächst zur Öffnung 37 zur Einleitung der Druckheaufschlagung der Kammer 6 strömen. Das Druckfluid wirkt somit dergestalt auf das Ventil, daß die Ventilanordnung von ihrem Sitz 36 weggerissen wird. Aufgrund der vergrößerten Fläche des Ventils, auf die nunmehr der Fluiddruck bei weggerissenem Ventil wirkt, bewegt sich das Ventil über seine gesamte Hublänge radial nach außen, so daß das äußere Ende des Stößels 55 die äußeren Ablaßöffnungen 50 und 39

verschließt und eine Zuführung des Druckfluides zu der Kupplungsbeaufschlagungsöffnung 38 im Gehäuse hervorruft, wodurch die Kammer 6 unter Druck gesetzt und die Kupplung eingerückt wird.

Das verschiebbare Ventilclcmcnt wirkt gegen die Vorspannkraft der Feder 60 aufgrund der Zentrifugalkraft, wenn die Drehzahl der Kupplung zunimmt. Mit zunehmender Drehzahl ist daher für das Aufreißen des Ventils ein geringerer Beaufschlagungsdruck erforderlich. Zum gleichen Zeitpunkt wird das Ventil vollständig die Vorspannkraft der Feder 60 überwinden, wie dies in Fig. 7 durch die abfallende gestrichelte Kurve dargestellt ist. Dies bewirkt einen Kupplungsausfall aufgrund des Verschließens der äußeren Auslaßöffnungen 39 und 50 mit dem Ergebnis, daß die Kupplung aufgrund des eingeschlossenen Druckfluides in selbsttätigen Eingriff kommt.

Bei Ventilsyslemen der vorliegenden Art mit radialer Verstellung wird die Masse des verschiebbaren Ventüelementes durch Zentrifugalkräfte beaufschlagt, was bewirkt, daß sich die Charakteristik des Systems mit der Drehzahl der Teile ändert, was in den meisten Fällen unerwünscht ist.

In manchen Anlagen liegen Zentrifugalgeschwindigkeiten vor. bei denen die auf die Ventilmasse wirkenden Kräfte vollständig die nach innen wirkende Feder zusammendrücken, was zu den vorerwähnten schädlichen Wirkungen führt.

Erfindungsgemäß ist das Gegengewicht 42 vorgesehen, das auf den verschiebbaren Ventilteil mit einer Kraft radial nach innen drückt, die gleich der Zentrifugalkraft auf den verschiebbaren Ventilteil ist, und diese Wirkung führt zu d^r in Fig. 7 gezeigten erwünschten flachen Kurve 63. Das Gegengewicht 42 ist im Gehäuse an der Welle 65 (Fig. 2 und 3) angelenkt, wobei das Gegengewicht 42 in der Bohrung 40 angeordnet ist. Ein Ende 42.) des Gegengewichtes 42 ist gabelförmig ausgestaltet (Fig. I. 2. 3. 4 und 5) und liegt an dem verschiebbaren Ventilelement 52. genauer an dessen äußerem Ende. an. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist der Schwenkarm so ausgelegt, daß sein Schwerpunkt oder seine Masse auf die rechte Seiie des Drehzapfens bei Betrachtung nach Fig. 2, nämlich auf den Punkt 70. konzentriert ist. Bei in Betrieb befindlicher Kupplung drückt die Zentrifugalkraft das verschiebbare Ventilelement radial nach außen, wie dies durch den kleinen Pfeil 72 in Fig. 2 angedeutet ist. Gleichzeitig wirkt die Zentrifugalkraft in Richtung des Pfeiles 73 durch den Schwerpunkt 70 des Gegengewichtes, so daß Zentrifugalkräfte auftreten, die auf das Gegengewicht wirken, was zu einer nach unten wirkenden Kraft auf das verschiebbare Voniildemeni führt. Diese Kraft gleicht genau die auf die Ventilmasse wirkende Zentrifugalkraft aus.

Das Ergebnis ist ein konstantes Ventilverhalten bei sämtlichen Drehzahlen. Für manche Fälle können die Hebelkräfte so ausgelegt werden, daß sie irgendeinen Wert annehmen, der über oder unter dem Gleichgewichtszustand liegt, wenn derartige Verhältnisse gewünscht sein sollten. In jedem Fall drückt das Gegengewicht nach innen auf die Ventilteile mit einer Kraft gleich der Zentrifugalkraft auf die Ventilteile und erzeugt die in F i g. 7 gezeigte gewünschte flache Kurve 63. Somit bleibt die Belastbarkeit der Kupplung bei sämtlichen Drehzahlen gleich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulisch betätigte Reibungskupplung, mit einem auf einer Welle gelagerten Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten und axial entlang der Welle zum Zusammenpressen eines Paketes von abwechselnd jeweils mit einer treibenden und einer getriebenen Kupplungshälfte verbundenen Reibscheiben verschiebbaren Kolben und einer von Gehäuse und dem Kolben begrenzten Kupplungsbe- i<> aufschlagungskammer, die .zum Einrücken der Kupplung unter Druck setzbar ist, wobei das Gehäuse ein Ventil mit einem Ventilelement aufweist das in dem Gehäuse zur Steuerung des Druckfluids in der Kupplungsbeaufschlagungskam- H mer im wesentlichen radial gleitbar, bei zunehmender Drehzahl der Reibungskupplung einer wachsenden Zentrifugalkraft ausgesetzt und in eine radial innenliegende Schließstellung und in eine radial außenliegende Kupplungsbetätigungsstellung ver- ■» schiebbar se.und einem radial innerhalb des Ventils angeordneten Fluiddurchgang zur Druckfiuidzuführung zum Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Gehäuse (1) unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft beweglich gehaltenes Gegengewicht (42) mit dem Ventilelement (52) derart gekoppelt ist daß bei Drehung der Reibungskupplung die Zentrifugalkraft auf das Gegengewicht (42) eine am Ventilelement (52) angreifende, die Zentrifugalkraft auf das Ventilelement ausgleichende Ge- «> genkraft ausübt

2. Hydrauf'-.'h betätigte Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (42) einen Schwerpunkt (70) aufweist der auf der dem Ventilek-meni (52) abgewandten « Seite des Gegengewichts (42) angeordnet ist