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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Regelkupplung mit einem inneren Kupplungsteil
und einem äußeren als Gehäuse ausgebildeten Kupplungsteil, zwischen denen eine ringförmige
Kammer zur Aufnahme einer Viskosekupplung angeordnet ist, wobei die mit einer viskosen
Flüssigkeit mit einem Füllungsgrad von unter 100% gefüllte wirkungsmäßig auf Reibungsschluß
übergehende Viskosekupplung aus wechselweise jeweils mit dem inneren bzw. äußeren
Kupplungsteil drehfest verbundenen Lamellen besteht, und die inneren oder die äußeren
Lamellen durch axial federnde Distanzhalter in einem axialen Abstand voneinander
gehalten sind.
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Bekannt ist eine Viskosekupplung, zu der eine Reibungskupplung parallel
schaltbar ist, wobei die Viskosekupplung die Aufgabe hat, den bei ihrer Erwärmung
sich einstellenden Druckanstieg zum Ansteuern der Reibungskupplung zu nutzen (US-PS
40 58 027). Die Beaufschlagung der Reibungskupplung geschieht dabei durch Einwirkung
des Druckes auf einen Differentialkolben.
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Bei der bekannten Regelkupplung ist es von Nachteil, daß diese durch
die Parallelschaltung zweier unabhängiger Kupplungen axial eine große Baulänge beansprucht.
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Die Regelkupplung nach der US-PS ist daher nur schwer dazu geeignet,
in Längsdifferentiale oder in Achsdifferentiale integriert zu werden.
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Eine weitere bekannte Regelkupplung (US-PS 40 22 084) ist als Viskosekupplung
aufgebaut, wobei die Lamellen wenigstens eines der beiden Lamellensätze mit Reibungsmaterial
beschichtet sind.
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Bei Berührung der Lamellensätze untereinander soll dadurch ein höherer
Reibwert zwischen ihnen bewirkt werden.
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Bei dieser Regelkupplung ist es jedoch von Nachteil, daß keine das
Nennmoment der Kupplung festlegende Normalkraft auftritt. Die Drehmomentverhältnisse
der Kupplung sind daher mehr dem Zufall überlassen.
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Eine weitere bekannte Regelkupplung weist eine Viskosekupplung auf,
die bei Eintritt einer Drehzahldifferenz und eines daraus herleitbaren Druckanstieges
auf einen Ringkolben einwirkt, wobei der Ringkolben seinerseits wieder in eine getrennte
Reibungskupplung einwirkt (DE-PS 34 26 460).
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Der Kolbenweg ist durch einen Anschlag begrenzt, wobei der Kolben
über Federn auf die Reibungskupplung einwirkt.
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Hierdurch ist eine kalkulierbare maximale Normalkraft für die Reibungskupplung
gegeben, womit auch das maximal übertragbare Drehmoment errechenbar ist.
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Nachteilig bei der beschriebenen Kupplung ist jedoch, daß die Viskosekupplung
und die Reibungskupplung axial hintereinander liegen, wodurch eine große Baulänge
bewirkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelkupplung zu schaffen,
die bei kurzer axialer Baulänge, ein vorgebbares Schaltverhalten vom Scherbereich
der Viskosekupplung in den Reibbereich aufweist und bei der eine Überhitzung der
Viskosekupplung ausgeschlossen ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß a) die ringförmige
Kammer der Viskosekupplung zwischen dem inneren Kupplungsteil und einem konzentrisch
innerhalb des äußeren Kupplungsteils einseitig rundum fest mit dem äußeren Kupplungsteil
verbundenen, rohrförmig ausgebildeten, einen ringförmigen Freiraum mit dem äußeren
Kupplungsteil bildenden Ansatz gebildet ist, b) die ringförmige Kammer der Viskosekupplung
und der ringförmige Freiraum am freien Ende des Ansatzes durch einen im äußeren
Kupplungsteil axial verschiebbaren Ringkolben begrenzt ist, c) der Ringkolben an
seinem Außendurchmesser mittels einer Dichtung gegen das äußere Kupplungsteil und
an einem kleineren Durchmesser mit-
tels einer Dichtung gegen den
rohrförmigen Ansatz abgedichtet ist, und d) der Ringkolben außerhalb der zwischen
den Wirkflächen der Dichtungen gebildeten Ringfläche (FR) mit axial verlaufenden
durchgehenden Kanälen versehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Reibungskupplung ist es
von Vorteil, daß ein und dasselbe Lamellenpaket in seiner Wirkung als Viskosekupplung,
die Umschaltung zur Reibungskupplung hin einleitet und anschließend die Reibungskupplung
darstellt. Die für die Umfunktionierung der Viskosekupplung zur Reibungskupplung
erforderliche Normalkraft resultiert dabei aus dem Anpreßdruck, der sich aus der
Erwärmung der viskosen Flüssigkeit und ihrer hieraus bedingten Volumenausdehnung
ergibt und der über den als Differentialkolben ausgebildeten Ringkolben auf das
Lamellenpaket einwirkt. Eine Zerstörung der Viskosekupplung durch Überhitzung ist
damit ausgeschlossen.
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Die die Normalkraft aufbringende wirksame Fläche FR des Ringkolbens,
die sich aus dem Wirkdurchmesser der Dichtungen des Ringkolbens gegen das als Gehäuse
aufgebaute zweite Kupplungsteil und gegen den mit dem zweiten Kupplungsteil verbundenen
rohrförmigen Ansatz ergibt, kann durch Änderung des Wirkdurchmessers einer oder
beider der genannten Dichtungen leicht verändert werden, ohne daß Änderungen an
den konstruktionsaufwendigen Teilen der Regelkupplung, wie der Größe des Lamellenpaketes
und der die Lamellen aufnehmenden Vielkeilprofile vorgenommen werden.
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Ein weiterer Vorteil der Viskosekupplung ist darin zu sehen, daß
sie sich wegen ihrer kleinen Bauart dazu eignet, ohne große konstruktive Änderungen
in Längsdifferentiale wie auch in Achsdifferentiale integriert zu werden.
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In vorteilhafter Weise eignet sich die erfindungsgemäße Regelkupplung
zum Einsatz als Längsdifferential, um einen permanenten Vierradantrieb darzustellen.
In diesem Fall arbeitet die Regelkupplung auf dem Prinzip der Viskoseübertragung,
wobei die Kennung der Regelkupplung durch die Vorgabe einer viskosen Flüssigkeit
entsprechender Viskosität und eines entsprechenden Füllungsgrades hoch ausgelegt
ist. Eine bei Auftreten von langzeitigem Schlupf an der direkt angetriebenen Achse
auftretende Gefahr einer Überhitzung wird durch Umschalten der Regelkupplung in
die Funktion einer Reibungskupplung vermieden.
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In vorteilhafter Weise eignet sich die erfindungsgemäße Reibungskupplung
auch zum Einsatz als Differentialsperre. Bei normalen Fahrzuständen tritt keine
Drehzahldifferenz innerhalb der in diesem Fall mit einer niedrigen Kennung versehenen
Regelkupplung auf und auch kurzzeitige Drehzahldifferenzen, wie sie bei Kurvenfahrten
zwangsläufig eintreten, ergeben nur geringe Sperrmomente und bringen die Regelkupplung
nicht zum Umschalten auf die Funktion als Reibungskupplung.
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Wenn jedoch bedingt durch ungünstige Bodenverhältnisse (U-Splitt
zwischen den Rädern einer Achse bzw. zwischen den Achsen) sich höhere Differenzdrehzahlen
einstellen, tritt innerhalb der noch als Viskosekupplung arbeitenden Regelkupplung
eine Erwärmung ein, die über die hieraus resultierende Druckerhöhung das Umschalten
auf die Funktion der Reibungskupplung bewirkt. Das Differential verhält sich dann
wie ein Sperrdifferential mit hohem Sperrwert und stellt die zum Vortrieb des Fahrzeuges
notwendige Traktion bei gleichzeitigem Schutz der Regelkupplung gegen Überhitzung
wieder her.
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Zwangsläufig kühlt sich die Regelkupplung aufgrund der reibschlüssigen
Verbindung zwischen den Lamellen und der hieraus bedingten Aufhebung der Drehzahldifferenz
wieder ab und gibt die Regelkupplung durch Umschalten auf die Viskosewirkung wieder
frei.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Ringkolben zweiteilig ausgebildet ist und innerhalb des Ringkolbens ein
zusätzlicher, ebenfalls ringförmig ausgebildeter, durch einen an seiner der Viskosekupplung
zugewandten Seite vorgesehenen, radial nach außen weisenden Ansatz axial beweglich
in Richtung auf die Viskosekupplung hin mit dem Ringkolben verbundener Druckstempel
angeordnet ist, wobei die durchgehenden Kanäle in dem Druckstempel vorgesehen sind.
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Dieses Merkmal hat den Vorteil, daß sich trotz möglicher elastischer
Verformungen des Ringkolbens immer eine gleichmäßige Druckverteilung zwischen Druckstempel
und Lamellen ergibt.
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Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist eine auf die der
Viskosekupplung zugewandte Stirnfläche des Ringkolbens einwirkende Rückstellfeder
vorgesehen.
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Hierdurch wird die Rückstellung der Regelkupplung in die Funktion
der Viskosekupplung beschleunigt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 das Prinzip der Regelkupplung im Teilschnitt, und
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Regelkupplung mit einem im Inneren des Ringkolbens
angeordneten Druckstempel.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Regelkupplung besteht aus einem hier
rohrförmig ausgebildeten inneren Kupplungsteil 1, und einem drehbar auf dem inneren
Kupplungsteil 1 gelagerten äußeren Kupplungsteil 2. Die beiden Kupplungsteile 1
und 2 sind über Dichtungen 20 und 22 nach außen hin abgedichtet. Zum Beispiel durch
Schweißen mit dem äußeren Kupplungsteil 2 bzw. wie in der Fig. 1 dargestellt, mit
einem mit dem äußeren Kupplungsteil verschraubten Einsatz fest verbunden, ist ein
koaxial zur Achse der Regelkupplung angeordneter rohrförmiger Ansatz 13. Der Durchmesser
des rohrförmigen Ansatzes 13 ist so gehalten, daß sich zwischen seiner Außenwandung
und der Innenwandung des als Gehäuse ausgebildeten äußeren Kupplungsteiles 2 ein
ringförmiger Freiraum 14 bildet Das innere Kupplungsteil 1 ist auf einem Teil seines
Außenmantels mit einer Vielkeilverzahnung 25 versehen. Axial korrespondierend zu
der Vielkeilverzahnung 25 ist der rohrförmige Ansatz 13 an seinem Innenmantel ebenfalls
mit einer Vielkeilverzahnung 24 versehen. In der Vielkeilverzahnung 25 sind Lamellen
5 und in der Vielkeilverzahnung 24 weitere Lamellen 4 drehfest aufgenommen.
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Der aus den Lamellen 4 und 5 zusammengesetzte Lamellensatz bildet
die Viskosekupplung 10. Zwischen den mit dem rohrförmigen Ansatz 13 drehfest verbundenen
Lamellen 4 sind axial federnde Distanzhalter 6 angeordnet, die z. B. aus gewellten
Federringen bestehen können.
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Die zusammengedrückte Dicke der Distanzhalter 6 ist kleiner als die
Dicke der Lamellen 5, die mit dem inneren Kupplungsteil 1 drehfest verbunden sind.
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An der der Befestigungsseite des rohrförmigen Ansatzes 13 abgewandten
Seite der Viskosekupplung 10 ist ein Ringkolben 3 axial verschiebbar angeordnet.
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Der Ringkolben 3 ist über eine Dichtung 7 gegen die Innenwandung
des als Gehäuse aufgebauten äußeren Kupplungsteiles 2 und mittels einer Dichtung
8 gegen den rohrförmigen Ansatz 13 abgedichtet. Korrespondierend zum rohrförmigen
Ansatz 13 ist im Ringkolben 3 ein Einstich 21 vorgesehen, der einen ausreichenden
axialen Verschiebeweg für den Ringkolben 3 gewährleistet. Zur Erleichterung der
Flüssigkeitsbewegung kann der Ringkolben 3 an seinen Stirnflächen mit Radialnuten
16 und 17 versehen sein.
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An der dem Ringkolben 3 zugeordneten Seite ist das äußere Kupplungsteil
2 durch eine z. B. gegen einen Sprengring 12 abgestützte Deckplatte 11 abgeschlossen,
die über eine Dichtung 9 gegen die Innenwandung des Gehäuses abgedichtet ist.
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Die erfindungsgemäße Regelkupplung arbeitet wie folgt: Solange zwischen
dem inneren Kupplungsteil 1 und dem äußeren Kupplungsteil 2 keine Differenzdrehzahl
auftritt, tritt in der Viskosekupplung 10 keine Relativbewegung der Lamellen 4 und
5 zueinander ein, d. h., die Regelkupplung ist vollkommen unwirksam.
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Bei Auftreten einer Drehzahldifferenz innerhalb der Viskosekupplung
10 wird aufgrund der Flüssigkeitsscherung ein Drehmoment durch die Viskosekupplung
10 geleitet. Die Viskosekupplung 10 erwärmt sich hierbei, was einen Druckanstieg
zur Folge hat Da der Ringkolben 3 innerhalb einer durch die Wirkflächen der Dichtungen
7 und 8 bestimmten Ringfläche FR, an der der Viskosekupplung 10 zugewandten Seite
frei von Flüssigkeitsdruck bzw. mit dem Atmosphärendruck beaufschlagt ist, entsteht
eine auf den Ringkolben 3 einwirkende Kraftkomponente, die in die Viskosekupplung
10 als Normalkraft einwirkt. Sobald diese Kraftkomponente so groß ist, daß die Spreizkraft
der Distanzhalter 6 überwunden wird, treten die Lamellen 4 und 5 in Reibschluß zueinander
und die Kupplung ist in eine Reibungskupplung umfunktioniert, so daß bei entsprechender
Auslegung der Kupplung, die Drehzahldifferenz Null wird. Die Kupplung ist damit
voll durchgeschaltet Ausgehend von diesem Zustand stellt sich wieder eine Temperatursenkung
in der Regelkupplung ein, da keine Energie mehr in ihrem Inneren umgesetzt wird
und die Kupplung schaltet nach einer gewissen von der Abkühlgeschwindigkeit abhängigen
Zeit wieder zu der Wirkung einer Viskosekupplung um. Dieses Umschalten der Kupplung
kann noch zusätzlich durch eine im Freiraum 14 angeordnete Feder unterstützt werden.
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Der zwischen dem rohrförmigen Ansatz 13 und dem Außenmantel des äußeren
Kupplungsteiles 2 gebildete Freiraum 14 kann durch Durchbrüche 23 mit der Außenluft
verbunden werden, um zu verhindern, daß sich bei Axialbewegungen des Ringkolbens
3 die Wirkungsweise der Kupplung beeinflussende Druckschwankungen in dem Freiraum
14 einstellen.
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Zum Einbau der Regelkupplung in ein Längs- oder Achsdifferential
ist das innere Kupplungsteil 1 als Aufstecknabe ausgebildet, während das äußere
Kupplungsteil 2 z. B. mit einem Anschlußflansch 26 versehen sein kann, der gleichzeitig
Schrauben 27 zur Verbindung der die Viskosekupplung 10 bildenden Bauteile mit dem
Gehäuse aufnimmt.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Regelkupplung ist im Inneren des
Ringkolbens 3 ein Druckstempel 28 angeordnet. Der Druckstempel 28 weist an seiner
der Viskosekupplung 10 zugewandten Seite einen radial nach außen weisenden Ansatz
29 auf, der am Ringkolben 3 abgestützt ist. Der in den Ringkolben 3 hineinreichende
Bereich des Druckstempels 28 ist sich zu der der Viskosekupplung 10 abgewandten
Seite kegelig verjüngend ausgebildet. Hierdurch können elastische Verformungen des
Ringkolbens 3, die zu einer ungleichmäßigen Belastung der Lamellen 4 und 5 führen
könnten, ausgeglichen werden.
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Die Kanäle 15 sind bei dieser Ausfuhrung innerhalb des Druckstempels
28 vorgesehen.