DE3518682A1 - Fluessigkeits-scherreibungskupplung - Google Patents

Description

• Flüssigkeits-Scherreibungskupplung
• Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Scherreibungskupplung, insbesondere für ein Sperrdifferential eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Gattungsgemäße Kupplungen sind insbesondere für Sperrdifferentiale oder als berührungslose Reibungsdämpfer bekannt. Die Übertragungsleistung wird dabei durch die Scherreibung der zwischen den Kupplungslamellen befindlichen zähviskosen Flüssigkeit, zumeist ein Silikonöl, bewirkt. Mittels zwischen den Kupplungslamellen vorgesehenen Abstandshaltern, Scheiben oder Ringen, wird ein definierter Lamellenabstand sichergestellt. Ferner ist in das Kupplungsgehäuse eine definierte Flüssigkeitsmenge eingefüllt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, bei der gattungsgemäßen Scherreibungskupplung geeignete Maßnahmen vorzusehen, die eine Veränderung der Übertragungsleistung (Sperrwirkung, Dämpfungwirkung) ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Scherreibung in weitam Maße gegebenenfalls während des Betriebes der Kupplung verändert werden, so daß die Kupplung auf veränderliche Betriebszustände einstellbar ist. Dabei kam der Abstand einer oder mehrerer Kupplungslamellen verändert werden, indem beispielsweise deren axiale Fixierung dahingehend verstellt wird, daß sich die Kupplungslamellen hinsichtlic ihres Abstandes vergrößern können.
• Eine Veränderung der Flüssigkeitsmenge kann erzielt werden, indem in das die Flüssigkeit- aufnehmende Kupplungsgehäuse ein Stempel oder dgl. mehr oder minder eingefahren wird. Dadurch wird die Flüssigkeit verdrängt und dementsprechend der Füllungsgrad bzw. die Übertragungsleistung ebenfalls verändert.
• Durch die Merkmale des Anspruches 2 werden beide Maßnahmen in einfacher Weise gleichzeitig verwirklicht. Durch die axiale Verstellung einer das Gehäuse axial begrenzenden, radialen Wand wird sowohl das Volumen des Kupplungsgehäuses verändert, als auch zugleich der Abstand der Kupplungslamellen zueinander gesteuert.
• Bevorzugt erfolgt die Verstellung der radialen Wand hydraulisch, indem diese als Ringkolben ausgebildet ist, wobei der Ringkolben einerseits das Kupplungsgehäuse und andererseits eine Hydraulikkammer begrenzt. Der Ringkolben kann über eine hydraulische Steuerung gemäß Anspruch 7 mit im wesentlichen einer Pumpe und einem Steuerventil betätigt werden. Gegebenenfalls kann das Steuerventil auch an im Kraftfahrzeug bereits vorhandenes hydraulisches System (z. B. Servolenkung) angeschlossen sein.
• Eine gattungsgemäße Flüssigkeits-Scherreibungskupplung für ein Kegelrad-Sperrdifferential kann entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 4 gestaltet sein. Dadurch ergibt sich insbesondere ein mit Hinblick auf die Verstellung der Übertragungsleistung der Scherreibungskupplung günstiger Aufbau des Differentiales mit nur geringfügig vergrößertem Bauraum und wenigen zusätzlichen Teilen. Die Zufuhr des Hydraulikmediums kam dabei vorteilhaft entsprechend Anspruch 5 ausgeführt sein, wobei durch den vorgesehenen Ringkanal nur ein relativ geringfügiger Dichtungsaufwand erforderlich ist. Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergeben sich sowohl fertigungstechnische Vorteile bei der Herstellung der Kupplungsnabe als auch eine Teilegleichheit bei den Achskegelrädern des Differentiales.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten nähbr erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein teilweise dargestelltes Sperrdifferential mit einer erfindungsgemäßen, hinsichtlich seiner Übertragungsleistung veränderbaren Scherreibungskupplung.
• Ein Sperrdifferential 2 eines Kraftfahrzeuges ist in einem nur teilweise dargestellten Differentialgehäuse 4 aufgenommen. Das Differential 2 weist ein Ausgleichsgehäuse 6 auf, indem der Kegelrad-Ausgleich, gebildet durch zwei Achskegelräder 8, 10 und zwei Planetenräder 12, 14, aufgenommen ist. Die Planetenräder 12, 14 sind auf einem Bolzen 16 drehbar gelagert, wobei der Bolzen 16 im Ausgleichsgehäuse 6 festgelegt und mittels eines Spannstiftes 18 gesichert ist.
• Die Achskegelräder 8, 10 sind über Keilwellenverzahnungen 20 mit den Abtriebswellen 22, 24 des Differentiales formschlüssig verbunden.
• Das Ausgleichsgehäuse 6 ist auf der Zeichnung zur linken Seite hin verlängert und weist einen Kupplungshals 26 auf, welcher mittels eines Ringdeckels 28 verschlossen ist. Zwischen dem Ringdeckel 28 und dem Achskegelrad 8 ist eine Kupplungsnabe 30 eingesetzt, welche über eine Keilwellenverzahnung 32 mit der Abtriebwelle 22 formschlüssig verbunden ist. Die Kupplungsnabe 30 ist mittels eines Dichtringes 34 gegenüber dem Ringdeckel 28 abgedichtet. Ferner trägt die Kupplungsnabe 30 eine radiale Wand 36, die über einen Ringfortsatz 38 und einen Dichtungsring 40 gegenüber dem Ausgleichsgehäuse 6 abgedichtet ist.
• In dem Ringdeckel 28 ist in einer entsprechenden Ausnehmung ein Ringkolben 42 geführt, welcher eine Hydraulikkammer 44 innerhalb des Ringdeckels 28 begrenzt. Der Ringkolben 44, die radiale Wand 36, der Kupplungshals 26 und die Kupplungsnabe 30 begrenzen einen Kupplungsraum 46, indem die Scherreibungskupplung 48 aufgenommen ist. Der Kupplungshals 26 und die Kupplungsnabe 30 sind dazu mit einer Innen-bzw. Außenverzahnung 50, 52 versehen, in welche die Kupplungslamellen 54, 56 eingreifen. Die Kupplungslamellen 54 sind dabei antriebseitig mit dem Kupplungshals 26, die Kupplungslamellen 56 abtriebseitig mit der Kupplungsnabe 30 bzw. dem Achskegelrad 8 drehfest verbunden. Zwischen den Kupplungslamellen sind Abstandsringe 58 vorgesehen, welche einen Mindestabstand von Kupplungslamelle zu Kupplungslamelle sicherstellen.
• Der Kupplungsraum 46 ist mit einem zähviskosen Silikonöl zum Erzeugen der Scherreibungswirkung gefüllt. Die Befüllung erfolgt über die radiale Bohrung 60 im Ausgleichsgehäuse 6, welche nach der Befüllung mittels einer Kugel 61 verschlossen wird.
• Auf dem Kupplungshals 26 ist ferner ein Tellerrad 64 befestigt, welches mit einem nicht dargestellten Antriebsritzel kämmt. Das durch das Ausgleichsgehäuse 6 und den Ringdeckel 28 sowie das Tellerrad 64 gebildete Bauteil ist mittels Kegelrollenlager 66 in dem Differentialgehäuse 4 drehbar gelagert. An einer plan geschliffenen Stirnseite 68 des Ringdeckels 28 ist ein stirnseitig offener Ringkanal 70 vorgesehen, von welchem mehrere Verbindungskanäle 72 in den Hydraulikraum 44 münden. Der Ringdeckel 28 läuft mit dieser Stirnfläche 68 an einer radialen Gehäusewand 74 des Differentialgehäuses 4 an. Dabei ist im Bereich des Ringkanales 70 ein Zuführkanal 76 vorgesehen. Mittels zweier innerhalb und außerhalb des Ringkanales 70 liegender Dichtringe 78, 80 ist der Ringkanal 70 gegenüber dem Gehäuse 4 bzw.
• der Gehäusewand 74 abgedichtet.
• An den Zuführkanal 76 ist eine Leitung 82 angeschlossen, welche mit einem Steuerventil 84 verbunden ist. An das Steuerventil 84 ist ferner eine Rücklaufleitung 86 für das Hydraulikmedium und eine Vorlaufleitung 88 angeschlossen. In die Vorlaufleitung 88 ist eine hydraulische Verdrängerpumpe 90 eingeschaltet, welche das Hydraulikmedium aus einem Vorratsbehälter 92 fördert.
• Das Steuerventil 84 sperrt in seiner Mittelstellung die Leitung 82 ab, während es in der einen Schaltstellung die Leitung 82 mit der Rücklaufleitung 86 und in der anderen Schaltstellung mit der Vorlaufleitung 88 verbindet. Das Steuerventil 84 wird von einer elektronischen Steuereinheit 94 angesteuert.
• Die Scherreibungskupplung 48 wird in der ausgefahrenen Stellung des Ringkolbens 42 vollständig befüllt; d. h., daß dabei die Kupplungslamellen 54, 56 ihren durch die Abstandsringe 58 definierten, minimalsten Abstand zueinander aufweisen. In dieser Position wird die volle Übertragungsleistung bzw. Sperrwirkung der Scherreibungskupplung 48 erreicht. Soll die Ubertragungsleistung vermindert werden, so wird durch Ansteuerung des Steuerventiles 84 die Leitung 82 mit der Rücklaufleitung 86 verbunden, wobei aufgrund der Scherreibungswirkung der Ringkolben 42 auf der Zeichnung nach links verdrängt wird und somit durch Vergrößerung des Volumens des Kupplungsraumes 46 sowohl deren Füllungsgrad abnimmt, als auch durch Vergrößerung der Abstände zwischen den einzelnen Kupplungslamellen die Scherreibungswirkung vermindert ist. Soll wieder die volle Übertragungsleistung oder eine höhere übertragungsleistung erreicht werden, so wird die Leitung 82 mit der unter Überdruck stehenden Vorlaufleitung 88 durch das Steuerventil 84 verbunden und damit der Ringkolben 42 auf der Zeichnung nach rechts verstellt, wobei der Abstand zwischen den Kupplungslamellen wieder verringert und das Volumen des Kupplungsraumes 46 vermindert wird.
• Durch Betätigung des Ringkolbens 42 können somit variable Sperrwerte an dem Sperrdifferential eingestellt werden. Die Verstellung kann dabei abhängig vom Lentfwinkel des Kraftfahrzeuges und/oder vom auftretenden Radschlupf über eine Rechnersteuerung in der elektronischen Steuereinheit 94 verändert werden. Bei einem allradgetriebenen Fahrzeug können gegebenenfalls sowohl die Achsdifferentiale als auch das Mittendifferential entsprechend ausgebildet und deren Sperrwerte verändert werden.
• Die Erfindung ist jedoch nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können auch Scherreibungskupplungen zur Übertragung eines Antriebsmomentes mit variabler Übertragungsleistung ausgebildet werden. Sofern die Scherreibungskupplung als Reibungsdämpfer eingesetzt ist, kann durch die dargestellten Maßnahmen der Dämpfungsgrad des Reibungsdämpfers abhängig von der Belastung des Kraftfahrzeuges, der geforderten Abstimmung (sportlich oder komfortabel) oder von den Temperaturen des Reibungsdämpfers verändert werden.
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Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung, insbesondere für ein Sperrdifferential eines Kraftfahrzeuges, mit in einem Gehäuse in einem definierten Abstand zueinander angeordneten Kupplungslamellen, welche alternierend mit einem An- und einem Abtrieb verbunden sind und mit in dem Gehäuse befindlicher zähviskoser Flüssigkeit definierter Menge, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Veränderung der Übertragungsleistung (Sperrwirkung) der Abstand der Kupplungslamellen (54, 56) und/oder die Flüssigkeitsmenge veränderbar ist.
2. 2. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine das Ge häuse radial begrenzende Wand (Ringkolben 42) axial verstellbar ausgebildet ist.
3. 3. Flüssigkeits-Sch err eibungskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wand ein Ringkolben (42) ist, welcher hydraulisch verstellbar ist.
4. 4. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung für ein Kegelrad-Sperrdif ferential nach den vorhergehenden Ansprüchen, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die folgenden Merkmale: a) die Kupplungslamellen (54, 65) sind mit einem verlängerten Kupplungshals (26) des Ausgleichsgehäuses t6) anx iebsseitig und b) mit einer Kupplungsnabe (30) eines Achskegelrades (8) abtriebseitig verbunden; c) der Kupplungshals (26) ist einerseits durch eine radiale Wand (36) mit Dichtungen (40) und d) andererseits durch den Ringkolben (42) flüssigkeitsdicht abgeschlossen, wobei e) ein den Ringkolben (42) aufnehmender Ringdeckel (28) mit dem Kupplungshals (26) fest verbunden ist und die eine Lagerung (Kegelrollenlager (66) des Ausgleichsgehäuses (6) aufnimmt.
5. 5. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung nach Anspruch 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ringdeckel (28) mit einer stirnseitigen Ringfläche (68) abgedichtet an einer radialen Wand (74) des Differentialgehäuses (4) anläuft, wobei ein Ringkanal (70) in der Stirnfläche (68) mit einem Zuführkanal (76) für Hydraulikmedium im Differentialgehäuse (4) und mit der Hydraulikkammer (44) des Ringkolbens (42) korrespondiert.
6. 6. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kupplungsnabe (30) ein separates Bauteil ist, welches wie das Achskegelrad (8) über eine Keilwellenverzahnung (32) auf der korrespondierenden Abtriebswelle (22) des Sperrdifferentiales formschlüssig aufgenommen ist.
7. 7. Flüssigkeits-Scherreibungskupplung nach den vorhergehenden Ansprüchen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine hydraulische Steuerung mit einem Steuerventil (84), welches den Hydraulikraum (44) in einer Mittelstellung kurzschließt und in der einen Schaltstellung mit einem dr r- loæn Rücklauf (86) und in der anderen Schaltstellung mit einem unter Uberdruck stehenden Vorlauf verbindet, wobei das Steuerventil (84) von einer elektronischen Steuereinheit (94) angesteuert ist.