DE3612189A1

DE3612189A1 - Schaltbare und in ihrer kennlinie variable fluessigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE3612189A1
Application number: DE19863612189
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Hemmer; Paul Bausch
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3612189C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungs- oder Viskosekupplung mit an zu kuppelnden Wellen angebrachten, ineinandergreifen den Kupplungsscheibensätzen, die innerhalb eines abgeschlos senen, mit viskoser Arbeitsflüssigkeit gefüllten Gehäuses angeordnet sind.

Derartige Viskosekupplungen dienen unter ande rem dazu, einen permanent in Bereitschaftsstellung befind lichen Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug zu realisieren. Sie übertragen bei geringen Drehzahldifferenzen der gekup pelten Wellen nur sehr kleine Drehmomente, und bei größeren Drehzahldifferenzen hohe Drehmomente. Je nach Einbauort im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann die Viskosekupplung daher als in Abhängigkeit von den Fahrbe dingungen selbsttätig sperrendes Mittendifferential oder kombiniertes Mittendifferential und Achsdifferential arbei ten. Im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs treten nur geringe Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern der beiden Achsen auf. Die Flüssigkeitsreibungskupplung überträgt ein entsprechend geringes Antriebsdrehmoment, und man erzeugt ein Fahr verhalten, das im wesentlichen dem eines Kraftfahrzeugs mit nur einer angetriebenen Achse entspricht. Ergeben sich aber beispielsweise bei geringen Reibwerten, wie sie auf nassen, eis- oder schneeglatten oder sandigen Straßen vorzufinden sind, größere Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern, so "sperrt" die Flüssigkeitsreibungskupplung, und man hat ihrer Einbauart entsprechend das Fahrverhalten eines allradgetrie benen Fahrzeugs mit gesperrtem Mittendifferential bzw. ge sperrtem Mittendifferential und gesperrtem Achsdifferential.

Die Drehmomentkennlinie, die das übertragene Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der gekuppelten Wellen wiedergibt, ist bei bekannten Flüssigkeitsreibungskupplun gen konstruktiv fest vorgegeben. Nach der DE-PS 21 35 791 kann sie beispielsweise durch die Geometrie der Kupplungs scheiben und den Füllstand des Gehäuses der Flüssigkeitsrei bungskupplung mit viskoser Flüssigkeit beeinflußt werden.

Die mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung bewirkte drehzahl differenzabhängige Kopplung zwischen den Achsen eines Kraft fahrzeugs ist nur nicht immer erwünscht. Blockieren bei spielsweise bei einer Betätigung der Betriebsbremse die Vor derräder, so werden über die Flüssigkeitsreibungskupplung zwangsweise auch die Hinterräder überbremst, was zu einem Verlust der Fahrstabilität führt. Ein etwa vorhandenes Antiblockiersystem muß den Besonderheiten des Allradantriebs mit Flüssigkeitsreibungskupplung Rechnung tragen, was einen hohen konstruktiven Aufwand mit sich bringt. Im Schubbetrieb des Motors bei Geradeausfahrt treibt die Hinterachse über die Flüssigkeitsreibungskupplung den Motor an. Dabei verlie ren die Hinterräder auf glattem Untergrund an Seitenführungs kraft, und das Fahrzeug verliert seine Fahrstabilität. Im Schubbe trieb bei enger Kurvenfahrt treibt umgekehrt die Vorderachse über die Flüssigkeitsreibungskupplung die Hinterachse an. Daraus resultiert ein Verlust an Seitenführungskraft, aufgrund dessen das Fahrzeug nach außen schiebt. Ein allradgetriebenes Fahrzeug mit Flüssigkeitsreibungskupplung läßt sich nicht wie üblich mit angehobener Vorderachse auf einer Abschlepp brille abschleppen, da dies Drehzahldifferenzen in der Flüs sigkeitsreibungskupplung zur Folge hat, die zum Hump und zur Zerstörung führen. Beim Rangieren des Fahrzeugs insbesondere zum Ein- und Ausparken kann es bei winterlichen Temperaturen zu einem Haftschluß in der Flüssigkeitsreibungskupplung kom men. Daraus resultiert ein erheblich vergrößerter Lenkkraft aufwand, der die Bedienung des Fahrzeugs höchst unbequem macht. Bei Rollenprüfstandsmessungen beispielsweise für Leis tungs- und Emissionstests braucht man für allradgetriebene Fahrzeuge mit Flüssigkeitsreibungskupplung einen Zweiachs- Rollenprüfstand, der viel aufwendiger ist als ein Einachs- Rollenprüfstand und in den Werkstätten vielfach noch nicht zur Verfügung steht. Ebenso muß bei einem dynamischen Auswuch ten der Räder das ganze Fahrzeug vom Boden abgehoben werden, und nicht nur die Räder an jeweils einer auszuwuchtenden Ach se, was einen erheblichen Mehraufwand bedingt. Nach alledem gibt es sowohl im Fahrbetrieb, als auch bei der Wartung eines allradgetriebenen Fahrzeugs mit Flüssigkeitsreibungskupplung genug Situationen, in denen man auf die drehmomentenmäßige Kopplung der Achsen über die Flüssigkeitsreibungskupplung lieber verzichten würde.

In der DE-OS 33 17 247 wurde bereits vorgeschlagen, zusam men mit der Flüssigkeitsreibungskupplung eine steuerbare Zusatzkupplung in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu legen, um eine drehmomentenmäßige Kopplung und Entkopplung des Antriebs zu ermöglichen. Die bekannte Zusatzkupplung ist als drehmomentenmäßig selbsttätig koppel- und ent koppelbarer Klemmrollenfreilauf oder als hydraulisch oder elektromagnetisch betätigte schaltbare Trennkupplung ausge bildet. Sie sorgt dafür, daß bei Betätigung der Betriebsbrem se kein Drehmoment über den Antriebsstrang zwischen den Achsen des Fahrzeugs übertragen wird, so daß bei einem Über bremsen der Vorderräder die Hinterräder nicht mit blockie ren.

Eine solche Zusatzkupplung ist aber konstruktiv aufwendig, sperrig und nicht leicht in den Antriebsstrang eines Kraft fahrzeugs zu integrieren, und ihre Ansteuerung gewährleistet nicht, daß die drehmomentenmäßige Kopplung der Fahrzeugach sen in allen Situationen unterbrochen ist, in denen dies wünschenswert erscheint.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schaltbare und in ihrer Kennlinie steuerbar variable Flüssigkeitsreibungskupplung zu schaffen, die sich bei unaufwendigem, kompaktem Aufbau einfach in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrie ren läßt, eine besondere Zusatzkupplung überflüssig macht und eine allen Fahr-, Wartungs- und Testsituation optimal Rechnung tragende Ansteuerung gestattet.

Diese Aufgabe wird durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung der eingangs genannten Art gelöst, bei der eine Einrichtung zur gesteuerten Erzeugung eines am Ort der Arbeitsflüssig keit wirkenden elektromagnetischen Felds vorgesehen ist, und bei der sich die Viskosität der Arbeitsflüssigkeit durch das elektromagnetische Feld beeinflussen läßt.

Die Arbeitsflüssigkeit in der erfindungsgemäßen Flüssigkeits reibungskupplung kann insbesondere bei niedriger Feldstärke eine geringe, und bei hoher Feldstärke eine hohe Viskosität haben. Bei ausgeschaltetem elektromagnetischem Feld sind dann die die Kupplungsscheibensätze tragenden Wellen dreh momentenmäßig im wesentlichen entkoppelt, und die Kupplung ist praktisch außer Funktion. Bei hohem elektromagnetischem Feld hat man dagegen das übliche drehzahldifferenzabhängige Kupplungsverhalten, wobei man überdies anhand der wirkenden Feldstärke die Drehmomentkennlinie der Flüssigkeitsreibungs kupplung beeinflussen kann. Damit ergeben sich vielfältige Steuermöglichkeiten.

Die Arbeitsflüssigkeit der Flüssigkeitsreibungskupplung kann Schwebstoffe enthalten, die in einem elektromagneti schen Feld eine Polarisierung oder Ausrichtung erfahren. Die Trägerflüssigkeit der Schwebstoffe hat dabei vorzugs weise sehr niedrige Viskosität, wodurch man erreicht, daß die Drehmomentübertragung bei nicht aktiviertem elektromag netischem Feld nahe Null beträgt. Man verwirklicht so in guter Näherung eine schaltbare Kupplung.

Felderzeugende Einrichtung der erfindungsgemäßen Flüssig keitsreibungskupplung kann eine Magnetspule sein, die das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung in vorzugsweise koaxialer Anordnung umgibt. Eine solche Magnetspule ist bei einfachem Aufbau geeignet, ein starkes homogenes Magnet feld am Ort der Arbeitsflüssigkeit zu erzeugen und deren Viskosität durch entsprechend starke Magnetisierung zu beein flussen. Es versteht sich, daß eine mögliche Abschirmung des Magnetfelds durch das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungs kupplung zu vermeiden ist.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung kann als schaltbare Kupplung im Antriebsstrang zwischen einer stän dig angetriebenen und einer bei Bedarf antreibbaren Achse eines Kraftfahrzeugs liegen. In einer ersten Bauform ist dabei die felderzeugende Einheit im normalen Fahrbetrieb aktiviert, und dementsprechend der über die Flüssigkeits reibungskupplung arbeitende Vierradantrieb in ständiger Bereitschaftsstellung. Mittels einer geeigneten Steuerein heit wird hingegen die felderzeugende Einrichtung ausge schaltet oder auf niedrige Feldstärke geschaltet, und die drehmomentenmäßige Kopplung der Achsen aufgehoben, wenn bestimmte Fahr- oder Testbedingungen vorliegen. Dazu ge hört jede Betätigung der Betriebsbremse, damit nicht bei einem Überbremsen der Räder an der Vorderachse, die übli cherweise stärker zur Haftwertausnutzung beim Bremsen heran gezogen werden, zwangsweise auch die Räder der Hinterachse blockieren. Die Entkopplung der Achsen beim Bremsen hat außerdem den Vorteil, daß das Fahrzeug mit einem Antibloc kiersystem ausgerüstet werden kann, wie es für einachsig angetriebene Fahrzeuge üblich ist. Es entfällt also der Bauaufwand für ein besonderes, mit einem Vierradantrieb kompatibles Antiblockiersystem. Die Steuereinheit sollte auch im Schubbetrieb des Motors ansprechen und die felder zeugende Einrichtung abschalten, um so die Fahrstabilität zu verbessern. Beim Abschleppen des Fahrzeugs ist ebenfalls ein möglichst automatisches Entkuppeln erwünscht, damit schädliche Drehzahldifferenzen in der Flüssigkeitsreibungs kupplung vermieden werden. Genauso sollte die Steuerein heit im Fall niedriger Umgebungstemperaturen beim Rangieren ansprechen, um im Fall eines möglicherweise vorliegenden Haftschlusses in der Flüssigkeitsreibungskupplung den Lenk kraftaufwand gering zu halten. Und schließlich sollte für Wartungsarbeiten zumindest eine Werkstatt die Möglichkeit haben, die Steuereinheit zu aktivieren und die Flüssigkeits reibungskupplung zu entkuppeln, damit das Fahrzeug bei spielsweise für Leistungs- und Emissionsmessungen auf einem Ein achs-Rollenprüfstand getestet werden kann und beim dynami schen Auswuchten der Räder nur im Bereich einer Achse an gehoben werden muß.

Die Steuereinheit kann als Eingangsgrößen insbesondere ein die Stellung von Bremspedal und Fahrpedal sowie ein den Einschaltzustand der Zündung charakterisierendes Signal erhalten. Weitere mögliche Eingangsgrößen für die Steuer einheit sind ein Signal, das die Stellung des Standlicht schalters und/oder Warnblinklichtschalters charakterisiert, das Signal eines Lenkwinkelgebers und das Signal eines Tem peraturfühlers an der Flüssigkeitsreibungskupplung sowie gegebenenfalls ein die Motordrehzahl charakterisierendes Signal und/oder das Signal eines Zeitgebers. Die Steuer einheit ermittelt aus diesen Eingangsgrößen ein die feld erzeugende Einrichtung aktivierendes und gegebenenfalls auf eine bestimmte Feldstärke regelndes bzw. abschaltendes, d. h. auf Feldstärke Null oder eine wirkungslose Feldstärke herunterregelndes Ausgangssignal.

In einer alternativen Betriebsform der Erfindung ist die felderzeugende Einrichtung im normalen Fahrbetrieb nicht aktiviert, und dementsprechend der über die Flüssigkeits reibungskupplung laufende Allradantrieb unwirksam, d. h. per se nicht in der sonst durch die Flüssigkeitsreibungs kupplung gewährleisteten ständigen Bereitschaftsstellung. Damit geht der Vorteil einer geringen Getriebeverlustleis tung einher, während im übrigen alle Nutzungsmöglichkeiten einer Flüssigkeitsreibungskupplung weiter bestehen; insbe sondere bildet letztere ein konstruktiv vergleichsweise unaufwendiges Mittendifferential bzw. kombiniertes Mitten differential und Achsdifferential. Die felderzeugende Ein richtung wird durch einen Bedienungseingriff und/oder bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwischen den Achsen automatisch aktiviert, und so der Vierradantrieb in Bereitschaftsstellung versetzt. In letzterer Variante erfaßt man vorzugsweise die Drehzahl von Vorderachse und Hinterachse und aktiviert die felderzeugende Einrichtung bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahldifferenz. Zur Drehzahlerfassung können beispielsweise die entsprechen den Sensoren eines Antiblockiersystems dienen. Im promp ten Einsetzen des Vierradantriebs steht die beschriebene Anordnung der einer Flüssigkeitsreibungskupplung allein nicht merklich nach.

Die Flüssigkeitsreibungskupplung kann in einem Antriebs strang zur Hinterachse eines Fahrzeugs liegen, dessen Haupt antriebsachse die Vorderachse ist und das einen beispiels weise quer eingebauten Frontmotor hat. Die Flüssigkeits reibungskupplung kann dabei einem Planetengetriebe unmittel bar nachgeordnet sein, wobei letzteres über einen Kegel trieb mit dem Differentialgehäuse des Vorderachsdifferen tials drehmomentenmäßig verbunden sein kann. Doch können eine einzige kombinierte, an die Achswellen beider Hinter räder gekoppelte Flüssigkeitsreibungskupplung, oder auch zwei einzelne, je einer Achswelle der Hinterräder zugeordne te Flüssigkeitsreibungskupplungen der Erfindung auch an der Stelle eines Hinterachsdifferentials des Fahrzeugs ein gebaut sein.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung kann aber auch in einem Antriebsstrang zur Vorderachse eines Fahrzeugs liegen, dessen Hauptantriebsachse die Hinterachse ist und das beispielsweise einen Standardantrieb hat. Auch in dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, eine einzige kom binierte, an beide Achswellen der Vorderräder gekoppelte Flüssigkeitsreibungskupplung, oder zwei einzelne, je einer Achswelle der Vorderräder zugeordnete Flüssigkeitsreibungs kupplungen an der Stelle eines Vorderachsdifferentials des Fahrzeugs einzubauen.

In einer alternativen Anwendung ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung Teil eines Sperrgetriebes, und insbesondere eines Sperrdifferentialgetriebes, dessen Sperrwert anhand der felderzeugenden Einheit steuerbar ist.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungs kupplung auch zu einer elektronisch regelbaren Drehmoment verteilung zwischen allen vier Rädern eines Fahrzeugs die nen, wozu man sie als Vorderachsdifferential, Hinterachs differential und Mittendifferential einbaut.

In einer alternativen Anordnung kann die elektromagnetisch steuerbare Viskosekupplung ein herkömmliches Achssperr differential ersetzen, so daß sie als Kupplung für die be treffende Achse und als Sperre für die beiden Abtriebs wellen dient.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Teilweise schematisch zeigen:

Fig. 1 eine elektromagnetisch steuerbare, insbesondere schaltbare und in ihrer Kennlinie variable Flüssig keitsreibungskupplung, halbseitig im Längsschnitt;

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm der Flüssigkeitsreibungs kupplung, das das übertragene Drehmoment in Ab hängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen den gekuppelten Wellen ausweist, wobei ein durch Ände rung der elektromagnetischen Feldstärke erfaßbarer Regelbereich schraffiert dargestellt ist;

Fig. 3 ein Kraftfahrzeug mit Standardantrieb und einem von dem Hauptantriebsstrang zu Vorderachse abge zweigten Antriebsstrang, wobei Ziff. 1 bis 4 mög liche Einbaupositionen einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung illustrieren;

Fig. 4 eine Variante zu dem Kraftfahrzeug der Fig. 3, bei dem eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungs kupplung als Vorderachsdifferential dient;

Fig. 5 eine Steuereinheit, die eine felderzeugende Einrich tung der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupp lung ansteuert;

Fig. 6 die im Bereich des Vorderachsdifferentials liegenden Getriebeteile eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs mit Frontmotor und einer die Hauptantriebsachse bil denden Vorderachse, wobei in einem zur Hinterachse abgehenden Antriebsstrang ein als Planetengetriebe ausgelegtes Verteilergetriebe und eine Flüssigkeits reibungskupplung gemäß der Erfindung liegen;

Fig. 7 Fahrwerk und Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung, die nur bei Auftreten einer hinreichend großen Drehzahldifferenz zwischen den Achsen aktiviert ist;

Fig. 8 ein elektromagnetisch steuerbares Viskose-Sperr differential;

Fig. 9 den Getriebeplan eines Kraftfahrzeugs mit elektro nisch geregelter Drehmomentverteilung zwischen allen vier Rädern auf der Grundlage eines Standardantriebs.

Fig. 1 zeigt eine elektromagnetisch steuerbare Flüssigkeits reibungskupplung mit einer inneren Welle 10, die einen radial nach außen abstehenden Satz von Kupplungsscheiben 12 trägt. Letztere stehen in Eingriff mit radial nach innen abstehenden Kupplungsscheiben 14 an einer Hülse 16, die drehfest zwischen zwei axiale Halbteile 18, 20 einer äußeren Welle zwischenge spannt ist. Die Wellen 10 und 18, 20 sind in einem karosserie festen Gehäuse 22 aufgenommen. Sie umgeben einander koaxial und sind mittels eines Wälzlagers 24 reibungsarm aneinander gelagert. Dichtringe 26, 28, die in umlaufenden Nuten auf dem Innenring der äußeren Welle 18, 20 einsitzen bzw. zwischen die äußere Welle 18, 20 und die Hülse 16 eingespannt sind, dichten den Arbeitsbereich der Kupplungsscheiben 12, 14 ab. Letzterer ist zum Großteil mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt. Eine Magnetspule 30 liegt in koaxialer Anordnung radial außen um den Arbeitsbereich herum. Sie ist gehäusefest angeordnet und hat eine axiale Länge, die etwas größer ist als die des Arbeitsbereichs. Wie dargestellt, kann die Magnet spule 30 in demselben vorzugsweise abgestuften Ringraum zwi schen den Halbteilen 18, 20 der äußeren Welle platzfinden, der auch die Hülse 16 aufnimmt.

Die Viskosität der Arbeitsflüssigkeit im Raum zwischen den Kupplungsscheiben 12, 14 ändert sich in Abhängigkeit von dem Magnetfeld der Magnetspule 30. Zu diesem Zweck enthält die Arbeitsflüssigkeit insbesondere Schwebestoffe, die in dem magnetischen Feld eine Polarisierung oder Ausrichtung erfah ren. Als Trägerflüssigkeit der Schwebestoffe wählt man vor zugsweise eine Flüssigkeit, wie sie in herkömmlichen Viskose- Kupplungen Verwendung findet, insbesondere eine Silikon- Flüssigkeit, die von Haus aus eine niedrige Viskosität haben sollte. Diese ist dann bei ausgeschaltetem Magnetfeld im we sentlichen unverändert gegeben, während sie sich durch Ein schalten und Hochregeln des Magnetfelds erhöhen läßt.

Bei Gleichlauf von innerer Welle 10 und äußerer Welle 18, 20 ist die Energiedissipation im Arbeitsbereich der Kupplungs scheiben 12, 14 gering. Die Viskoseflüssigkeit erwärmt sich entsprechend nur mäßig, und es kommt zu keinem nennenswerten Druckaufbau in der Flüssigkeitsreibungskupplung, so daß kein oder nur ein geringes Drehmoment zwischen den Wellen über tragen wird. Treten nun aber größere Drehzahldifferenzen zwischen den Wellen auf, so steigt auch die Energiedissipation in der Flüssigkeitsreibungskupplung an, und zwar in Abhängig keit von der Viskosität der Flüssigkeit, die sich ihrerseits anhand des Magnetfelds steuern läßt. Die Temperaturerhöhung der viskosen Flüssigkeit hat einen Druckaufbau zur Folge, aufgrund dessen die Kupplungsscheibensätze 12, 14 drehmoment mäßig miteinander gekoppelt werden. Wie bei einer herkömm lichen Viskose-Kupplung wird also bei hinreichend großen Dreh zahldifferenzen zwischen den gekoppelten Wellen ein großes Drehmoment übertragen, wobei sich die Momentenkennlinie über das wirkende Magnetfeld einstellen läßt.

Fig. 2 zeigt diagrammatisch das übertragene Drehmoment M in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz Δ n, wobei ein durch Variieren des Magnetfelds erreichbarer Regelbereich schraf fiert eingezeichnet ist. Die untere Begrenzung des Regelbe reichs entspricht einer Momentenkennlinie 32 bei Magnetfeld Null. Man erkennt, daß dann in jedem Fall nur ein geringes Drehmoment übertragen wird, das bei steigender Drehzahldiffe renz zwischen den Wellen sogar abfällt. Bis auf geringe Ener gieverluste kann man die Wellen daher als entkuppelt ansehen. Die obere Begrenzung des Regelbereichs entspricht einer Kenn linie 34 bei maximalem Magnetfeld. Das zwischen den Wellen übertragene Drehmoment steigt hier mit der Drehzahldifferenz steil an, erreicht ein Maximun und fällt bei weiter steigender Drehzahldifferenz wieder ab. Man hat also eine Kennlinie, die im wesentlichen der einer herkömmlichen Viskose-Kupplung entspricht. Mittlere Magnetfeldstärken führen zu einem zwi schen den Extremen 32, 34 liegenden Kennlienenverlauf inner halb des ausgewiesenen Regelbereichs. Man kann so anhand des Magnetfelds die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung sowohl schalten, als auch in ihrem Kennlinienverlauf vari ieren.

Fig. 3 zeigt mögliche Einbaupositionen der erfindungsgemäßen, elektromagnetisch steuerbaren Flüssigkeitsreibungskupplung in einem Kraftfahrzeug auf der Basis eines Standardantriebs. Das Fahrzeug hat einen Frontmotor 36 und eine die Hauptan triebsachse bildende Hinterachse 38, zu der ein Hauptantriebs strang 40 führt. Von diesem ist ein Hilfsantriebsstrang 42 zum Vorderachsdifferential 44 geführt. Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung kann bei 1 in diesem zur Vorder achse führenden Antriebsstrang 42 liegen. Andere mögliche Einbaupositionen sind bei 2 nach dem Verteilergetriebe, das die Drehmomentverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse besorgt, bei 3 im Bereich eines Mittellagers im Hauptantriebs strang 40, und bei 4 vor dem Hinterachsdifferential.

In der Variante der Fig. 4 ist bei einem Fahrzeug mit Stand ardantrieb und im Bedarfsfall zusätzlich angetriebener Vorder achse das Vorderachsdifferential durch zwei steuerbare Flüssigkeitsreibungskupplungen 46 gemäß der Erfindung ersetzt. Die antriebsseitige Welle der Kupplungen 46 ist mit dem Groß rad 48 eines Kegeltriebs verbunden, dessen Ritzel 50 an der vom Hauptantriebsstrang 40 abgezweigten Hilfsantriebswelle 42 sitzt. Abtriebsseitig sind die Flüssigkeitsreibungskupplun gen 46 mit je einer Achswelle 52 der Vorderachse verbunden. Statt zweier separater Flüssigkeitsreibungskupplungen 46 kann auch eine kombinierte einzige Flüssigkeitsreibungskupplung eingebaut sein (nicht dargestellt). Die Steuerung der Kupplun gen 46 erfolgt jeweils anhand einer Schlupferkennung an der Hinterachse, wie sie noch nachstehend erläutert wird.

Fig. 5 zeigt als alternativen Anwendungsfall der erfindungs gemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung die im Bereich des Vor derachsdifferentials liegende Getriebeanordnung eines Kraft fahrzeugs mit quer eingebautem Frontmotor, dessen Hauptan triebsachse die Vorderachse ist. Das Antriebsdrehmoment des Motors wird über ein übliches Schaltgetriebe übertragen, des sen Ausgangsrad 54 mit einem starr an dem Differential gehäuse 56 des Vorderachsdifferentials angeordneten Zahnrad 58 kämmt. Ein Teil des Antriebsdrehmoments wird so über das Vorderachsdifferential auf die Vorderachswellen 60 und die daran sitzenden Vorderräder des Kraftfahrzeugs übertragen. Das Differentialgehäuse 56 ist drehfest mit einer Hohlwelle 62 verbunden, auf der in starrer Anordnung ein Tellerrad 64 sitzt. Letzteres steht mit einem Kegelrad 66 im Eingriff, das einen Planetenradträger bildet. Eines der Planetenräder ist bei 68 dargestellt. Die Planetenräder 68 stehen radial außen mit einem karosseriefesten Hohlrad 70 und radial innen mit einem Sonnenrad 72 im Eingriff. Mit dem Sonnenrad 72 ist in starrer Anordnung die eine Welle 10 einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung verbunden, deren andere Welle in starrer Verbindung mit einer zur Hinterachse führenden Gelenkwelle 74 steht. Eine das Gehäuse der Flüssigkeitsrei bungskupplung koaxial umgebende Magnetspule 30 hat bei diesem Ausführungsbeispiel geringere axiale Erstreckung, als der Arbeitsbereich der Kupplungsscheiben 12, 14.

Bei Magnetfeld Null wird der Allradantrieb praktisch außer Funktion gesetzt, und man erhält das Betriebsverhal ten eines Fahrzeugs mit reinem Vorderradantrieb. Bei einge schaltetem Magnetfeld hat man dagegen ein Fahrzeug mit stän dig in Bereitschaftsstellung befindlichem Allradantrieb, dessen Viskose-Kupplung je nach herrschender Magnetfeldstär ke bei mehr oder weniger großen Drehzahldifferenzen zwischen den Achsen "sperrt".

Die Magnetspule 30 kann mittels einer Steuereinheit 76 akti viert werden, wie sie schematisch in Fig. 6 dargestellt ist.

Man geht hier von einem normalen Fahrbetrieb aus, bei dem das Magnetfeld eingeschaltet, und der über die Flüssigkeits reibungskupplung laufende Vierradantrieb in Bereitschafts stellung ist. Unter bestimmten Betriebsbedingungen wird aber von der Steuereinheit 76 die Stromversorgung der Magnetspu le 30 unterbrochen und so die drehmomentenmäßige Kopplung von Vorderachse und Hinterachse aufgehoben.

Die Steuereinheit 76 erhält Eingangsgrößen, die die Stellung eines Bremspedals 78, eines Fahrpedals 80 sowie den Einschalt zustand der Zündung 82 kennzeichnen. Weitere Eingangsgrößen können der Stellung eines Standlichtschalters und/oder Warn blinklichtschalters zugeordnet sein, um einen Abschleppbetrieb des Fahrzeugs zu erfassen, und von einem Temperaturfühler an der Flüssigkeitsreibungskupplung und von einem Lenkwinkel geber kommen, um einen Rangierbetrieb des Fahrzeugs zu identi fizieren. Hierzu kann zusätzlich ein die Motordrehzahl charak terisierendes Signal und das Signal eines Zeitgebers heran gezogen werden, der beispielsweise ein Zeitintervall nach dem Einschalten der Zündung 82 mißt. Aus diesen Eingangsgrößen wird in der Steuereinheit 76 ein die Magnetspule 30 ansteuern des Ausgangssignal ermittelt.

Das Magnetfeld wird insbesondere dann abgeschaltet, wenn die Betriebsbremse des Fahrzeugs betätigt wird. Dieser Betriebs zustand wird anhand der Eingangsgrößen der Steuereinheit 76 dadurch identifiziert, daß das Bremspedal 78 getreten, das Fahrpedal 80 in seiner Null-Stellung und die Zündung 82 eingeschaltet ist.

Weiter wird das Magnetfeld im Schubbetrieb des Fahrzeugs ausgeschaltet. Hierzu müssen Fahrpedal 80 und Bremspedal 78 in ihrer Null-Stellung und die Zündung 82 eingeschaltet sein. Das Magnetfeld wird auch abgeschaltet, wenn das Fahrzeug abgeschleppt wird. Dies erfolgt üblicherweise bei eingeschal teter Zündung 82 und bei eingeschaltetem Standlicht und/oder Warnblinklicht, was der Steuereinheit 76 durch Geber an den entsprechenden Schaltern signalisiert wird.

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen wird das Magnetfeld beim Rangieren insbesondere zum Parken des Fahrzeugs abgeschaltet. Hierzu muß die von dem Temperaturfühler an der Flüssigkeits reibungskupplung gemessene Temperatur unterhalb einer bestimm ten Temperaturschwelle, beispielsweise -5°C, liegen, was durch ein entsprechendes Signal des Temperaturfühlers ange zeigt wird. Weiter muß der Rangierbetrieb des Fahrzeugs an hand eines entsprechenden Signals des Lenkwinkelgebers und/ oder eines die niedrige Motordrehzahl charakterisierenden Signals identifiziert sein. Der Lenkwinkelgeber kann beis pielsweise bei mehr als einer Lenkradumdrehung ansprechen. Alternativ oder zusätzlich kann der regelmäßig erforderliche Rangierbetrieb kurz nach Einschalten der Zündung 82 des Fahr zeugs durch ein entsprechendes Signal eines Zeitgebers iden tifiziert werden.

Schließlich sollte das Fachpersonal einer Werkstatt, eventu ell aber auch der Fahrer des Kraftfahrzeugs durch einen ge eigneten Schalteingriff in der Lage sein, die Steuereinheit 76 zu aktivieren, um das Magnetfeld abzuschalten. Damit kön nen insbesondere bei Rollenprüfstandsmessungen und bei ei nem dynamischen Auswuchten der Räder die Achsen des Fahrzeugs drehmomentenmäßig entkoppelt werden. Dasselbe kann natürlich auch vor Beginn eines Abscheppbetriebs geschehen.

Während bei dem Steuerschema der Fig. 6 von einer dauernden Aktivierung des Magnetfelds im normalen Fahrbetrieb ausge gangen ist, um eine ständige Bereitschaftsstellung des All radantriebs zu realisieren, ist gemäß Fig. 7 vorgesehen, das Magnetfeld normalerweise auszuschalten. Es bedarf daher eines besonderen Steuervorgangs, um das Magnetfeld aufzu bauen und den über die Viskosekupplung laufen den Allradantrieb in Bereitschaftsstellung zu versetzen. Dies kann beispielsweise durch einen Bedienungseingriff des Fahrers geschehen, der so das Zuschalten des Allradantriebs in der Hand hat. Der Steuervorgang kann aber auch automa tisch ablaufen. Gemäß Fig. 7 werden hierzu die Drehzahlen an der Getriebeabtriebswelle im Bereich der Vorderachse und des Eingangs zum Hinterachsdifferential mit Sensoren 84 er faßt, wozu insbesondere die entsprechenden Sensoren eines Antiblockiersystems dienen können. Die Drehzahlen werden in einer Steuereinheit 86 verglichen. Überschreitet das Dif ferenzsignal eine vorgebbare Schwelle, so wird die Stromver sorgung der Magnetspule 30 eingeschaltet und praktisch ver zögerungsfrei ein Magnetfeld im Bereich der Flüssigkeits reibungskupplung aufgebaut, durch das der Allradantrieb in Bereitschaftsstellung versetzt wird. Dies gilt allerdings nur, wenn nicht eine oder mehrere der vorerwähnten Situatio nen vorliegt, in denen das Zuschalten des Allradantriebs inhibiert werden soll. Das ist insbesondere bei einer Betäti gung des Bremspedals, im Schubbetrieb des Motors, im Ab schleppbetrieb sowie bei Meß- und Wartungsarbeiten der Fall. Eine besondere Erfassung des Rangierbetriebs kann hingegen entfallen, da im Normalfall eben keine drehmomentenmäßige Kopplung der Achsen über die Flüssigkeitsreibungskupplung erfolgt.

Im Steuerschema der Fig. 7 wird das Magnetfeld wieder ausge schaltet, wenn im normalen Fahrbetrieb die erfaßte Drehzahl differenz so gering ist, daß die Flüssigkeitsreibungskupp lung keine Wirkung mehr hat. Eine Sicherheitsschaltung kann die Sensoren 84 überwachen und dafür sorgen, daß bei einem Defekt in jedem Fall das Magnetfeld ausgeschaltet bleibt.

Fig. 8 zeigt als weiteres Beispiels der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung ein elektromagnetisch steuer bares Viskose-Sperrdifferential, dessen Sperrwert anhand des am Ort der viskosen Flüssigkeit herrschenden Magnetfelds ein gestellt werden kann.

Fig. 9 illustriert, wie mit der erfindungsgemässen Flüssig keitsreibungskupplung eine regelbare Drehmomentverteilung zwischen allen vier Rädern eines allradgetriebenen Kraftfahr zeugs hergestellt werden kann. Die Darstellung geht dabei von einem Kraftfahrzeug mit Standardantrieb und bei Bedarf zusätzlich angetriebener Vorderachse aus, doch kann eine ent sprechende Anordnung auch bei einem Fahrzeug zum Einsatz kom men, dessen Hauptantriebsachse die Vorderachse ist, und bei dem ein zusätzlicher Antriebsstrang zu Hinterachse führt. Gemäß Fig. 9 sind elektromagnetisch steuerbare Flüssigkeits reibungskupplungen sowohl als Vorderachsdifferential 88, Mit tendifferential 90 und Hinterachsdifferential 92 eingesetzt. Eine Steuereinheit 94 dient zur Ansteuerung aller drei Flüs sigkeitsreibungskupplungen. Die Steuereinheit 94 erhält Ein gangssignale, die die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen lin ken und rechten Rädern, die Betätigung der Betriebsbremse, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Steuerwinkel, die beispiels weise anhand der Stellung des Fahrpedals erfaßte Beschleuni gung sowie die Stellung der Drosselklappe im Vergaser charak terisieren können. Aus diesen Signalen ermittelt die Steuer einheit 94 Ausgangssignale zur Aktivierung der elektromagne tischen Felder in der Nachbarschaft der Flüssigkeitsrei bungskupplungen 88, 90, 92, wodurch diese den Fahr bedingungen entsprechend in Bereitschaftsstellung versetzt und auf eine optimale Momentenkennlinie eingestellt werden.

Liste der Bezugszeichen 10 innere Welle
12, 14 Kupplungsscheibe
16 Hülse
18, 20 Halbteil der äußeren Welle
22 Gehäuse
24 Wälzlager
26, 28 Dichtung
30 Magnetspule
32, 34 Kennlinie
36 Frontmotor
38 Hinterachse
40 Hauptantriebsstrang
42 Hilfsantriebsstrang
44 Vorderachsdifferential
46 Viskosekupplung
48 Großrad
50 Ritzel
52 Achswelle
54 Ausgangsrad
56 Differentialgehäuse
58 Zahnrad
60 Vorderachswelle
62 Hohlrad
64 Tellerrad
66 Kegelrad
68 Planetenrad
70 Hohlrad
72 Sonnenrad
74 Gelenkwelle
76 Steuereinheit
78 Bremspedal
80 Fahrpedal
82 Zündung
84 Sensor
86 Steuereinheit
88, 90, 92 Flüssigkeitsreibungskupplung
94 Steuereinheit

Zusammenfassung

Die Flüssigkeitsreibungskupplung enthält eine Arbeitsflüssigkeit, die durch ein steuerbares elektromagnetisches Feld in ihrer Viskosität beeinflußbar ist. Durch Veränderung der Feldstärke kann die Kupplung geschaltet und in ihrer Momentenkennlinie beeinflußt werden. Über die Flüssigkeitsreibungskupplung kann ein Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer ständig angetriebenen Vorder- oder Hinterachse und einer bei Bedarf zusätzlich antreibbaren Hinter- oder Vorderachse laufen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind ein Sperrdifferential mit regelbarem Sperrwert und eine elektronisch geregelte Drehmomentverteilung zwischen allen vier Rädern eines Kraftfahrzeugs.

Claims

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit an zu kuppelnden Wellen angebrachten, ineinandergreifenden Kupplungsscheiben sätzen, die innerhalb eines abgeschlossenen, mit vis koser Arbeitsflüssigkeit gefüllten Gehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur gesteuerten Erzeugung eines am Ort der Arbeitsflüssigkeit wirkenden elektromagnetischen Felds vorgesehen ist, und daß die Viskosität der Arbeits flüssigkeit durch das Feld beeinflußbar ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflüssig keit Schwebstoffe enthält, die in einem elektromagneti schen Feld eine Polarisierung bzw. Ausrichtung erfah ren.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssig keit der Schwebstoffe sehr niedrige Viskosität hat.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die felderzeugende Einrichtung eine Magnetspule (30) ist, die vorzugsweise das Gehäuse der Flüssigkeitsrei bungskupplung in koaxialer Anordnung gibt.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als schaltbare Kupplung im Antriebsstrang zwischen einer ständig angetriebenen und einer bei Bedarf antreib baren Achse eines Kraftfahrzeugs liegt.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die felderzeugende Einrichtung im normalen Fahrbetrieb aktiviert, und dem entsprechend der über die Flüssigkeitsreibungskupplung laufende Vierradantrieb wirksam ist.

7. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihrer felderzeugen den Einrichtung eine Steuereinheit (76) zugeordnet ist, die auf niedrige Feldstärke schaltet, und dementspre chend die Achsen antriebsmäßig entkoppelt

a) bei Betätigung der Betriebsbremse (78) sowie gege benenfalls einem daraus resultierenden Ansprechen eines Antiblockiersystems und/oder
b) im Schubbetrieb und/oder
c) beim Abschleppen des Fahrzeugs und/oder
d) im Fall niedriger Umgebungstemperaturen beim Ran gieren und/oder
e) bei Wartungsarbeiten, beispielsweise Rollenprüf standsmessungen, oder beim dynamischen Auswuchten der Räder

8. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (76) als Eingangsgrößen ein die Stellung von Bremspedal (78) und Fahrpedal (80) sowie den Einschaltzustand der Zün dung (80) charakterisierendes Signal erhält und ein die felderzeugende Einrichtung aktivierendes Signal abgibt.

9. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (76) als weitere Eingangsgrößen ein die Stellung des Stand lichtschalters und/oder Warnblinklichtschalters charak terisierendes Signal erhält.

10. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer einheit (76) als weitere Eingangsgrößen das Signal eines Lenkwinkelgebers und das Signal eines Temperaturfühlers an der Flüssigkeitsreibungskupplung und gegebenenfalls ein die Motordrehzahl charakterisierendes Signal und/ oder das Signal eines Zeitgebers erhält.

11. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die felderzeugende Einrichtung im normalen Fahrbetrieb nicht aktiviert, und dementsprechend der über die Flüs sigkeitsreibungskupplung laufende Allradantrieb unwirk sam ist.

12. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die felderzeugende Einrichtung durch einen Bedienungseingriff und/oder bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwi schen den Achsen automatisch aktivierbar ist.

13. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Antriebsstrang zur Hinterachse des Fahrzeugs liegt, dessen Hauptantriebsachse die Vor derachse ist und das einen vorzugsweise quer eingebau ten Frontmotor haben kann.

14. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 13, da durch gekennzeichnet, daß sie ei nem Planetengetriebe (66, 68, 70, 72) unmittel bar nachgeordnet ist, wobei letzteres über einen Ke geltrieb (64, 66) mit dem Differentialgehäuse (56) des Vorderachsdifferentials drehmomentenmäßig ver bunden sein kann.

15. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie in doppelter Anordnung oder kombinierter Einfach anordnung an der Stelle eines Hinterachsdifferential eingebaut ist.

16. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Antriebsstrang zur Vorderachse des Fahrzeugs liegt, dessen Hauptantriebsachse die Hin terachse ist und das einen Standardantrieb haben kann.

17. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie in doppelter Anordnung oder in kombinierter Einfachanordnung an der Stelle eines Vorderachsdifferentials eingebaut ist.

18. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines Sperrgetriebes, insbesondere Sperr differentialgetriebes, mit anhand der felderzeugen den einrichtung steuerbarem Sperrwert ist.

19. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur elektronisch regelbaren Drehmomentvertei lung zwischen allen vier Rädern an der Stelle ei nes Vorderachsdifferentials (88), Mittendifferentials (90) und Hinterachsdifferentials (92) vorgesehen ist.

20. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Hinter achsdifferential und/oder im Vorderachsdifferential ange geordnet ist.