DE3609418A1

DE3609418A1 - Viskosekupplung

Info

Publication number: DE3609418A1
Application number: DE19863609418
Authority: DE
Inventors: Willy 7997 Immenstaad Holdenried
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1986-10-02

Description

Viskosekupplung
Die Erfindung betrifft eine Viskosekupplung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Eine bekannte Viskosekupplung dieser Art (DE-PS 21 35 791) bat ein mit steigender Relativdrehzahl steigendes Drehmoment.
Eine kleine solche Viskosekupplung gestattet bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn noch einen fast freien Drehzahlausgleich. Eine große solche Viskosekupplung erzeugt, wenn ein Rad wegen mangelhaftem Reibkontakt zum Boden durchdrehen will, ein großes Sperrmoment und sichert damit dem Rad oder - bei mehr als zwei angetriebenen Rädern - den Rädern auf griffigem Boden auch im Extremfall roch das notwendige Antriebsmoment. Eine übliche mittelgroße sclche Viskosekupplung behindert den Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt und erzeugt nur ein begrenztes Sperrmoment. Dadurch entstehen bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn schon in störendem Ausmaß mehr Reifenverschleiß, mehr Lenkkräfte, mehr Leistungsverluste und mehr Kraftstoffverbrauch. Dadurch reicht, wenn ein Rad durchdreht, das Antriebsmoment am noch greifenden Rad oder - bei mehr als zwei angetriebenen Rädern - an den noch greifenden Rädern in extremen Fahrzuständen nicht mehr aus, um den Antrieb des Fahrzeuges zu sichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viskosekupplung rach dem Oberbegriff des Hauptanspruches zu schaffen, die sowohl einen fast freien Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn gestattet als auch, wenn ein Rad wegen mangelhaftem Reibkontakt zum Boden durchdrehen will, ein sehr großes Sperrmoment erzeugt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches erfüllt. Während bei geringen Relativdrehzahlen, wie sie bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn auftreten, das hochviskose Fluid nur einen geringen, radial äußeren Bereich der Kammer ausfüllt und daher nur ein geringes Sperrmoment entsteht, das den Drehzahlausgleich kaum behindert, wird beim Uberschreiten einer vorgegebenen Relativdrehzahl bzw. beim Überschreiten eines vorgegebenen Sperrmomentes der Abstand zwischen den zwei Deckeln verringert, wird das gasförmige Fluid in der Kammer verdichtet, füllt das hochviskose Fluid dann einen wesentlich größeren Teil der Kammer aus, entsteht damit ein sehr größes Sperrmoment, das die Schlupfdrehzahl eines Rades, das auf glattem Boden durchdrehen will, wirksam begrenzt.
Anspruch 2 nennt besonders vorteilhafte Vorgabewerte zur Bemessung von Bauteilen der Viskosekupplung. Mit diesen Vorgabewerten wird einerseits eine vorteilhafte Sperrmoment-Relativdrehzahl-Kennlinie der Viskosekupplung erreicht, bleibt andererseits ein Betriebsdruck in der Kammer begrenzt derart, daß die Abdichtung der Kammer noch mit einfachen Mitteln möglich bleibt.
Die Ansprüche 3 bis 9 nennen verschiedene vorteilhafte Einzelheiten zur Gestaltung der bei relativer Drehung axial spreizenden Einrichtung. Diese Einzelheiten sind teilweise an sich bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit einem der vorangehenden Ansprüche.
Anspruch 10 nennt ein Merkmal, mit dem die Viskosekupplung vor gefährlich hohen Betriebsdrücken geschützt werden kann.
Druckspeicher an sich sind bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit den Merkmalen des Hauptanspruches.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele nach der Erfindung.
Sie zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel in Fig. 1 in einer ersten Betriebsstellung, in Fig. 2 in einer zweiten Betriebsstellung, jeweils als Ausschnitt aus einem Längsschnitt, in Fig. 3 + in den beiden Betriebsstellungen als Abwicklungen Fig. 4 von Zylinderschnitten.
Sie zeigt weitere Ausführungsbeispiele als Abwicklungen von Zylinderschnitten in Fig. 5 (Anspruch 4), Fig. 6 (Anspruch 5), Fig. 7 (Anspruch 6), Fig. 8 (Anspruch 7) und Fig. 9 (Anspruch 8).
In einem Differentialgetriebe 1 sind in einem umlaufenden Gehäuse 2 ein erster Lamellenträger 3 mit ersten Lamellen 5 und ein zweiter Lamellenträger 4 mit zweiten Lamellen 6 axial geführt und koaxial drehbar gelagert. Ein erster Deckel 7 ist mit dem ersten Lamellenträger 3 fest verbunden. Ein zweiter Deckel 8 ist mit dem ersten Lamellenträger 3 drehfest, aber axial beweglich, verbunden. Die zwei Lamellenträger 3, 4 bilden mit den zwei Deckeln 7, 8 eine fluiddichte Kammer 9 einer Viskosekupplung 10, welche Kammer 9 teilweise mit einem hochviskosen Fluid und teilweise mit einem gasförmigen Fluid gefüllt ist. Einander zugekehrte Stirnseiten des Gehäuses 2 und des zweiten Deckels 8 weisen Rampen 11 und Nocken 12 auf. Die Rampen 11 und die Nocken 12 bilden eine bei relativer Drehung axial spreizende Einrichtung 11, 12, die das Gehäuse 2 und den zweiten Deckel 8 begrenzt drehbar und axial beweglich miteinander verbindet. Über den zweiten Deckel 8, die Rampen 11 und die Nocken 12 ist der erste Lamellen träger 3 drehkraftschlüssig verbunden mit dem Gehäuse 2. Über eine Mitnahmeverbindung 14 ist der zweite Lamellenträger 4 mit einem Achskegelrad 15 des Differentialgetriebes 1 drehfest verbunden. Das Gehäuse 2 bildet ein erstes Anschlußglied 2, das Achskegelrad 15 ein zweites Anschlußglied 15 zur Drehmomentübertragung. Eine Feder 13, axial zwischen dem zweiten Deckel 8 und einer mit dem ersten Lamellenträger 3 verbundenen Scheibe 16, bewegt den zweiten Deckel 8 in eine Ruhestellung (Fig. 1 und 3) mit einem größten Abstand zwischen den zwei Deckeln 7, 8 und einem größten Volumen der Kammer 9. Das hochviskose Fluid füllt dieses größte Volumen der Kammer 9 in dieser Ruhestellung des zweiten Deckels 8 nur zu etwa 60 %. Die Feder 13 ist in dieser Ruhestellung bereits vorgespannt. Ihre Kraft reicht aus, um den Deckel 8 auch noch bei geringen Relativdrehzahlen, auch noch bei allen Relativdrehzahlen, die bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn auftreten können, in seiner Ruhestellung zu halten. Will jedoch ein Rad durchdrehen und steigt dabei die Relativdrehzahl und damit das Drehmoment der Viskosekupplung 10 über die durch die Vorspannung der Feder 13 vorgegebene Grenze, so verdrehen sich das Gehäuse 2 und der Deckel 8 gegeneinander, bewegt sich der zweite Deckel 8 auf den ersten Deckel 7 zu in eine Arbeitsstellung (Fia. 2 und 4) mit einem geringsten Abstand zwischen den zwei Deckeln 7, 8 und einem geringsten Volumen der Kammer 9. Das hochviskose Fluid füllt dieses geringste Volumen der Kammer 9 in dieser Arbeitsstellung des zweiten Deckels 8 zu etwa 90 %. Die geringe Füllung von 60 % bei geringen Relativdrehzahlen ergibt ein sehr geringes Drehmoment, das den Drehzahlausgleich bei Kurverfahrt auf griffiger Fahrbahn kaum behindert. Die große Füllung von 90 % ergibt schon bei wenig größeren Relativdrehzahlen ein sehr großes Drehmoment, das die Schlupfdrehzahl eines Rades, das auf glattem Boden durchdrehen will, wirksam begrenzt.
Anstelle der Rampen 11 und Nocken 12 (Fig. 1 bis 4, Anspruch 3) können Rampen 11 und Laufrollen 17 (Fig. 5, Anspruch 4) angeordnet werden. Eine solche Einrichtung 11, 17 ist besonders leichtgängig. Auch beidseits gleiche Rampen 18 mit einem Steigungswinkel von 45° erfüllen mit geringem Aufwand die Aufgabe der Erfindung (Fig. 6, Anspruch 5). Eine besonders vorteilhafte Drehmoment-Relativdrehzahl-Kennlinie wird mit Rampen 19 mit steigendem Steigungswinkel, steigend von 300 bis 60°, erreicht (Fig. 7, Anspruch 6).
Um die Leichtgängigkeit einer Einrichtung mit Rampen 19 mit steigendem Steigungswinkel zu steigern, können Wälzkörper 20 axial zwischen den Rampen 19 angeordnet werden (Fig. 8, Anspruch 7). Ein besonders steiler Anstieg des Drehmoments in einem besonders schmalen Relativdrehzahlhereich ergibt sich mit einer Einrichtung mit Kniehebelstützen 21, die in Widerlagern 22 gelacert sind (Fig. 9, Anspruch 8).
Bohrungen 25 verbinden die Kammer 9 mit einem Druckspeicher 24, mit einem Kolben 26 und einer vorgespannten Feder 27.
Bezugszeichen 1 Differentialgetriebe 2 Gehäuse 3 Lamellenträger 4 Lamellenträger 5 Lamelle 6 Lamelle Deckel 8 Deckel 9 Kammer 10 Viskosekupplung 11 Rampe 12 Nocken 13 Feder 14 Mitnahmeverbindung 15 Achskegelrad i6 Scheibe 17 Laufrolle 18 Rampe 19 Rampe 20 Wälzkörper 21 Kniehebelstütze 22 Widerlager 23 Einrichtung 24 Druckspeicher 25 Bohrung 26 Kolben 27 Feder - L e e r s e i t e -

Claims

Viskosekupplung Ansprüche i. Viskosekupplung zum Sperren von Differentialgetrieben von Yraftfahrzeugen, mit einem ersten und einem zweiten Anschlußglied zur Drehnomentübertragung, mit einem ersten Lamellenträger mit ersten Lamellen, mit einem zweiten Lamellenträger mit zweiten Lamellen, mit einem ersten Deckel, der mit dem ersten Lamellenträger fest verbunden ist und mit einem zweiten Deckel, welche zwei Deckel mit den zwei Lamellenträgern eine fluiddichte Kammer bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß - die Kammer (9) teilweise mit einem hochviskosen Fluid und teilweise mit einem gasförmigen Fluid gefüllt ist, - der zweite Deckel (8) mit dem ersten Lamellenträger (3) drehfest, aber axial beweglich, verbunden ist, - das erste Anschlußglied (2) mit dem ersten Lamellenträger (3) axial fest, aber drehbar, verbunden ist, - das erste Anschlußglied (2) mit dem zweiten Deckel (8) begrenzt drehbar und axial beweglich, drehkraftschlüssig und axialkraftschlüssig verbunden ist durch eine bei relativer Drehung axial spreizende Einrichtung (23) derart, daß gegen eine Feder (13), insbesondere gegen eine vorgespannte Feder (13), ein Abstand zwischen den zwei Deckeln (7, 8) verringert wird.
2. Viskosekupplung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n -z e i c h n e t , daß die Kammer (9) bei einem größten Abstand zwischen den zwei Deckeln (7, 8) zu etwa 60 % und bei einem geringsten Abstand zu etwa 90 % mit dem hochviskosen Fluid gefüllt ist.
3. Viskosekupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die bei relativer Drehung axial spreizende Einrichtung (23) gebildet ist aus axialen Rampen (18) oder aus Rampen (11) und Nocken (12) an einander zugekehrten Stirnseiten des ersten Anschlußgliedes (21 und des zweiten Deckels (8).
4. Viskosekupplung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Nocken (12) durch Laufrollen (17) ersetzt sind.
5. Viskosekupplung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rampen (11, 18, 19) einen Steigungswinkel von 30° bis 600, vorzugsweise 45°, aufweisen.
6. Viskosekupplung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rampen (19) einen mit der Drehung steigenden Steigungswinkel, vorzugsweise steigend von 300 bis 60°, aufweisen.
7. Viskosekupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß axial zwischen den Rampen (19) Wälzkörper (20) angeordnet sind.
8. Viskosekupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die bei relativer Drehung axial spreizende Einrichtung (23) gebildet ist aus Kniehebelstützen (21), die in Widerlagern (22) an den Stirnseiten des ersten Anschlußgliedes (2) und des zweiten Deckels (8) gelagert sind.
9. Viskosekupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch q e k e n n z e i c h n e t , daß die Feder (13) eine mit dem Federweg steigende Federsteife aufweist.
10. Viskosekupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer (9) mit eirem Druckspeicher (24) verbunden ist.