DE3808357C1 - Fluid friction clutch with a shearing gap that can be varied as a function of temperature - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsreibungs­ kupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung dieser Art (DE-PS 35 29 232) sind eine Mehrzahl von Scherflächen aufweisenden Kupplungslamellen in der Arbeitskammer ange­ ordnet, von denen sowohl die zum Kupplungsgehäuse dreh­ festen Außenlamellen als auch die zur Welle drehfesten Innenlamellen jeweils in Axialnuten ihres Lamellenträgers verschiebbar aufgenommen sind. Zwischen den Innenlamellen sind Tellerfedern als Abstandskörper angeordnet, wobei ein an einer Stirnseite des Lamellenpaketes vorgesehenes zylindrisches Dehnstoffelement - das mit seiner Achse parallel zur Kupplungsachse liegend in einer Wand des Kupplungsgehäuses untergebracht ist - mit seinem bolzen­ artigen Betätigungsglied über ein Axialwälzlager auf die ihm benachbarte Innenlamelle so arbeitet, daß unter dem Zusammenspannen der Tellerfedern die Abstände zwischen den Innenlamellen verringert und damit die Scherspalte zum Ausgleich der temperaturabhängigen Viskositätsän­ derungen verengt werden. Durch diese Maßnahme soll ver­ hindert werden, daß das übertragbare Kupplungsmoment mit steigender Temperatur der Arbeitsflüssigkeit infolge der dadurch bedingten Verringerung der Viskosität abnimmt. Bei dieser bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung treten hohe Reibkräfte auf, weil nicht nur die Mitnehmerzähne der unter Drehmomentbelastung stehenden Innenlamellen, sondern auch die Mitnehmerzähne der gleichermaßen belasteten Außen­ lamellen in ihren jeweiligen zugehörigen Axialnuten unter Reibschluß durch das Dehnstoffelement axial verlagert werden müssen. Schließlich treten bei der bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung störende Schläge auf, die durch Drehmomentschwingungen im Antriebsstrang verursacht werden und zwischen den Mitnahmezähnen und ihren Axial­ nuten wegen des nicht zu vermeidenden Toleranzspieles in Umfangsrichtung auftreten.

Diese Nachteile treten auch bei einer weiteren bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung (DE-GM 85 30 781) auf, weil diese sich nur durch das Fehlen federnder Rückstellmittel von der abgehandelten gattungsgemäßen Flüssigkeitskupplung unterscheidet und somit auch noch gattungsfremd ist. Bei dieser gattungsfremden Flüssigkeitsreibungskupplung wird angestrebt, das übertragbare Drehmoment bei tiefen Tempe­ raturen zu vermindern, ohne ein Absenken des Momentes bei höheren Temperaturen in Kauf nehmen zu müssen. Zu diesem Zweck wird die die Viskoseflüssigkeit enthaltende Arbeits­ kammer durch eine zur Kupplungsachse konzentrische radiale Zwischenwand, welche jeweils gleitend und dichtend gegen­ über Kupplungsgehäuse und Welle - also axial verschiebbar - geführt ist, gegenüber einer koaxialen ringförmigen Ne­ benkammer des Kupplungsgehäuses abgeteilt, die mit einem Dehnstoff, z. B. Wachs, gefüllt ist. Auf diese Weise soll eine Veränderung des Füllungsgrades der Arbeitskammer er­ reicht werden, indem das Kammervolumen bei konstanter Füll­ menge temperaturabhängig verändert wird.

Aus der DE-AS 12 84 721 ist eine gattungsfremde Flüssig­ keitsreibungskupplung bekannt, bei welcher zwei zur Welle drehfeste - jedoch zueinander axial verschiebbare Kupp­ lungsscheiben zur Kupplungsachse geneigt verlaufende ko­ nische Scherflächen aufweisen, die mit korrespondierenden Scherflächen an den beiden radialen Innenwänden des Kupp­ lungsgehäuses zusammenarbeiten. Bei dieser bekannten Flüs­ sigkeitsreibungskupplung, die sich vermeintlich durch eine einfache Konstruktion und gute Thermosteuerung auszeichnen soll, werden die beiden Kupplungsscheiben durch ein wirkungs­ mäßig zwischen letztere eingeschaltetes Dehnstoffelement gegen federnde Rückstellmittel auseinandergetrieben. Das Dehnstoffelement liegt mit einer den Dehnstoff enthalten­ den Kapsel im Gegensatz zum Gattungsbegriff außerhalb des Kupplungsgehäuses. Die Kapsel ist mit einem in einer Zen­ tralöffnung der einen radialen Wand des Kupplungsgehäuses drehbar und axial verschiebbar gelagerten Zylinderteil verbunden, in welchem der vom Dehnstoff beaufschlagte Kol­ ben arbeitet, wobei der Zylinderteil mit der einen Kupp­ lungsscheibe und der Kolben mit der anderen Kupplungsschei­ be verbunden sind.

Aus der US-PS 37 39 891 ist eine weitere gattungsfremde Flüssigkeitskupplung mit einem an sich geschlossenen topf­ förmigen Kupplungsgehäuse bekannt, das mit seiner einen radialen Gehäusewand drehbar, jedoch axial unverschiebbar auf einem Stirnzapfen einer Antriebswelle gelagert ist. An demjenigen Zapfenende, welches in dem eine konstante Menge einer viskosen Arbeitsflüssigkeit enthaltenden Gehäuseinnenraum des Kupplungsgehäuses liegt, ist eine zentrische Kupplungsscheibe fest eingespannt, wobei zwi­ schen den benachbarten Stirnflächen der Kupplungsscheibe und der letztere lagernden Gehäusewand des Kupplungsge­ häuses ein Scherspalt mit gleichbleibender Weite ausgebil­ det ist. Zwischen der Kupplungsscheibe und der anderen radialen Gehäusewand des Kupplungsgehäuses ist eine zentri­ sche Steuerscheibe im Gehäuseinnenraum vorgesehen, welche durch Blattfedern gegenüber dieser anderen Gehäusewand axial federnd, jedoch drehfest eingespannt ist. Auf diese Weise ist zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen von Kupplungsscheibe und Steuerscheibe ein Scherspalt verän­ derlicher Weite geschaffen.

Ein zur Kupplungsachse zentrisches Dehnstoffelement liegt an sich außerhalb des Kupplungsgehäuses, wobei sein den Dehnstoff enthaltender Zylinderteil eine zentrale Öffnung der die Steuerscheibe halternden radialen Gehäusewand des Kupplungsgehäuses durchsetzt und sein vom Dehnstoff be­ aufschlagtes Kolbenteil auf die Steuerscheibe entgegen den federnden Rückstellkräften der Blattfedern im Sinne einer Verengung des veränderlichen Scherspaltes arbeitet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Flüssigkeitsreibungskupplung zur Verwendung als Drehschwingungsdämpfer zu schaffen, bei der die Dämpfungscharakteristik weder durch mechanische Reibung beim Ausgleich von Temperatureinflüssen noch durch die Temperatureinflüsse selbst - d. h. durch Viskositäts­ änderungen der Arbeitsflüssigkeit - beeinträchtigt wird.

Ausgehend von einer Flüssigkeitsreibungskupplung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist die erläuterte Auf­ gabe in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merk­ malen von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß toleranzbedingte Bewegungsspiel weder zwischen Welle und zugehörigem Kupplungsglied noch zwischen Kupplungsgehäuse und zugehörigem Kupplungsglied vorhanden ist und daher drehschwingungsbedingte Schläge nicht auf­ treten können.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß mechanische Reibung an dem durch das Dehnstoffelement betätigten Kupplungsglied nicht - auch nicht beim Ausgleich von Temperatureinflüssen - auf­ treten kann.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Dehnstoff-Füllung in den Arbeits­ kammer liegt und dadurch besonders intensiv dem Temperatur­ einfluß der Arbeitsflüssigkeit ausgesetzt ist.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Kolbenmembran selbst eine federnde Rückstellwirkung aufweisen kann.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Kolbenmembrane mit dem zugehörigen Kupplungsglied einteilig ausgebildet sein bzw. die be­ treffende Scherfläche aufweisen kann.

Bei der Flüssigkeitsreibungskupplung nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß zwei gehäuseseitige Kupplungsglieder durch je ein Dehnstoffelement unabhängig voneinander be­ tätigbar sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung sche­ matisch dargestellten Ausführungsbeispieles nachstehend beschrieben.

Der Abtriebsflansch einer Kurbelwelle 20 einer Brennkraft­ maschine ist über radial innere Schraubbefestigungen 23 mit einer Antriebsscheibe 24 drehfest verbunden, an deren Außenrand mittels äußerer Schraubbefestigungen 25 ein An­ lasserzahnkranz 26 zusammen mit einem glockenförmigen Kupplungs­ gehäuse 4 drehfest eingespannt sind. Das Kupplungsgehäuse 4 besteht aus einer hinteren, radial und axial mehrfach ab­ gestuften Gehäuseabschlußwand 13 und einer vorderen ring­ förmigen Gehäusestirnwand 14, wobei diese Wandteile an ent­ sprechenden Flanschbereichen durch Schraubenbefestigungen 27 druck- und bewegungsfest aneinandergeflanscht sind.

Eine Antriebswelle 5 ist an ihrem vorderen Wellenende mittels eines Wälzlagers 28 in einer Lageröffnung in Form einer zylindrischen Sackbohrung 30 im Abtriebsflansch der Kurbelwelle 20 und an ihrem hinteren Ende mittels eines Wälzlagers 29 in einer zentrischen Lageröffnung 31 der Ab­ schlußwand 13 gelagert.

Auf die Antriebswelle 5 ist eine Kupplungshülse 36 aufgezogen, wobei diese Teile durch korrespondierende Keilnutenver­ zahnungen 38 drehfest gegeneinander festgelegt sind. Die Innenlaufringe der Wälzlager 28 und 29 sind in den Richtungen der Kupplungsachse 12-12 auf folgende Weise festgelegt:

Der Innenlaufring des hinteren Wälzlagers 29 stützt sich in der nach hinten weisenden Richtung der Kupplungsachse 12-12 an einer radialen Schulter 37 der Antriebswelle 5 unter der axialen Spannkraft einer Spannschraube 33 ab, die in das vordere Stirnende der Antriebswelle 5 eingeschraubt ist und mit ihrem Schraubenkopf 32 eine zentrische Spannhülse 34 ge­ gen den Innenlaufring des vorderen Wälzlagers 28 drückt; dieser Innenlaufring stützt sich seinerseits über einen Distanzring 35, einen druckfest auf der Kupplungshülse 36 sitzenden ringförmigen Dichtungsflansch 40, eine mittels Keilnutverzahnungen 43 auf der Kupplungshülse 36 dreh­ fest, jedoch an sich axial verschiebbar festgelegte Nabe einer Kupplungsscheibe 9, einen weiteren druckfest auf der Kupplungshülse 36 sitzen­ den ringförmigen Dichtungsflansch 41 und schließlich über einen radialen Ansatz 42 der Kupplungshülse 36 und somit über letztere selbst am Innenlaufring des hinteren Wälz­ lagers 29 ab. Mittels in das vordere Stirnende der Kupplungs­ hülse 36 eingeschraubter Spannschrauben 39 sind unter Ver­ mittlung des radialen Ansatzes 42 die Distanzhülse 35, die Dichtungsflansche 40 und 41 sowie die Kupplungsscheibe 9 in den Richtungen der Kupplungsachse 12-12 unbeweglich auf der Kupplungshülse 36 festgelegt.

Die Kupplungsscheibe 9 rotiert in einer ringförmigen Arbeits­ kammer 6, welche konzentrisch zwischen Kupplungshülse 36 und Kupplungsgehäuse 4 eingeschlossen und zur Aufnahme einer viskosen Arbeitsflüssigkeit nach außen auf folgende Weise druck- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist:

Durch eine konzentrisch zwischen die vordere Stirnwand 14 und den vorderen Dichtungsflansch 40 eingesetzte ring­ förmige Dichtungsanordnung 47;
durch eine zwischen den vorderen Dichtungsflansch 40 und die Kupplungshülse 36 eingesetzte O-Ring-Dichtung 48;
durch eine konzentrisch zwischen den hinteren Dichtungs­ flansch 41 und die Kupplungshülse 36 eingesetzte O-Ring- Dichtung 49;
durch eine konzentrisch zwischen den hinteren Dichtungsflansch 41 und einen gehäuseseitigen Dichtungsflansch 45 eingesetzte ringförmige Dichtungsanordnung 50 - wobei der gehäuseseitige Dichtungsflansch 45 unter Zwischenfügung einer für die Er­ findung nicht bedeutsamen Anlaufscheibe 44 an der hinteren Abschlußwand 13 mittels Schraubbefestigungen 46 unbeweglich eingespannt ist;
durch eine zwischen den gehäuseseitigen Dichtungsflansch 45 und die hintere Abschlußwand 13 eingesetzte O-Ring- Dichtung 51 und schließlich durch eine zwischen die Ge­ häusewände 13 und 14 eingesetzte O-Ring-Dichtung 52.

Die Kupplungsscheibe 9 weist an ihren beiden Stirnseiten je eine Scherfläche 11 auf, die mit einer benachbarten Scherfläche 10 an der jeweiligen Außenseite einer Kolben­ membrane 7 bzw. 8 je eines ringförmigen Dehnstoffelementes 15 bzw. 16 einen mehr oder weniger engen Scherspalt 2 bzw. 3 zwischen sich einschließt, dessen Weite in Abhängig­ keit von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit veränder­ lich ist.

Die quasi je als ein eine Scherfläche 10 aufweisendes Kupplungsglied des Kupplungsgehäuses 4 verwendeten Kolben­ membranen 7 und 8, die aus einem federnd elastischen me­ tallischen Werkstoff bestehen, sind mit ihren beiden wulstartig verstärkten Membranrändern 17 und 18 an je einem Ringzylinder 19 eingespannt und mit letzterem ver­ schweißt, der axiale Befestigungsaugen 53 aufweist, die mittels Schraubbefestigungen 54 an der vorderen Stirnwand 14 bzw. an der hinteren Abschlußwand 13 fest eingespannt sind. Der jeweils von Kolbenmembrane 7 bzw. 8 und Ring­ zylinder 19 eingeschlossene Raum 55 der Dehnstoffele­ mente 15 und 16 ist mit einem temperaturempfindlichen wärmedehnfähigen Stoff - beispielsweise einem Wachs - ge­ füllt, der sich bei Erreichen eines bestimmten Ansprech­ wertes seiner Temperatur in seinem Volumen vergrößert, wo­ durch die Scherspalte enger werden, um den Dämpfungswider­ stand konstant zu halten, der an sich wegen der durch die Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit bedingten Viskositätsver­ ringerung sinken würde. Vor dem Erreichen der Ansprech­ temperatur liegt die jeweilige Kolbenmembrane 7 bzw. 8 an Anlagerippen 56 ihres Ringzylinders 19 an.

Die Befestigungsaugen 53 halten die Dehnstoffelemente 15 und 16 in radialem und axialem Abstand zu den Wänden 13 und 14 der Arbeitskammer 6, damit die Ringzylinder 19 zur Er­ höhung des Temperatureinflusses der Arbeitsflüssigkeit möglichst allseits umspült werden können.

Die dergestalt ausgebildete Flüssigkeitskupplung 1 mit ihren im übrigen identisch ausgebildeten und gehalterten Dehnstoffelementen 15 und 16 ist zur Tilgung von Dreh­ schwingungen der Kurbelwelle 20 verwendet und deshalb mit ihrem Kupplungsgehäuse 14 mit der Kurbelwelle 20 und mit ihrer Kupplungshülse 36 mit der Antriebswelle 5 ver­ bunden, wobei die Antriebswelle 5 einteilig mit dem Kupplungs­ gehäuse 21 einer Reibscheibenkupplung 22 verbunden ist, die in üblicher Weise zur Unterbrechung des Drehmomentflusses zwischen der Kurbelwelle 20 und einem von Hand geschalteten Gangwechselgetriebe vorgesehen ist.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem temperaturabhängig veränderlichen Scherspalt, bei der zwischen einem ring­ förmigen Kupplungsgehäuse und einer darin zentrisch gela­ gerten Welle eine zur Aufnahme einer viskosen Arbeitsflüs­ sigkeit nach außen abgedichtete ringförmige Arbeitskammer eingeschlossen ist, in der ein zum Kupplungsgehäuse dreh­ festes und ein zur Welle drehfestes ringförmiges Kupplungs­ glied angeordnet sind und die beiden Kupplungsglieder mit je einer von der Arbeitsflüssigkeit benetzbaren Scherfläche den Scherspalt zwischen sich einschließen, und bei der das eine Kupplungsglied in der auf das andere Kupplungsglied weisenden Richtung der Kupplungsachse unter der Wirkung federnder Rückstellmittel durch ein Betätigungsglied eines von der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit beeinflußten und an einer Wand des Kupplungsgehäuses gehalterten Dehnstoff­ elementes verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das verlagerbare Kupplungsglied (Kolbenmembrane 7 bzw. 8) gegenüber der Welle (5) frei beweglich, gegenüber einer als Betätigungsglied verwendeten ringförmigen Kolbenmembrane (7 bzw. 8) dagegen bewegungsfest ange­ ordnet,
• b) die Kolbenmembrane an einem konzentrisch zur Kupplungs­ achse (12-12) in der Arbeitskammer (6) liegenden Ring­ zylinder (19) des Dehnstoffelementes (15 bzw. 16) be­ festigt,
• c) das andere Kupplungsglied (9) axial unbeweglich mit der Welle (5) verbunden ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmembrane (7 bzw. 8) aus einem metallischen federnden Werkstoff besteht.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmembrane (7 bzw. 8) selbst als Kupplungsglied verwendet wird und die Scherfläche (10) aufweist.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenmembranen (7 und 8) von zwei Dehnstoff­ elementen (15 und 16) beiderseits einer auf der Welle (5) fixierten Kupplungsscheibe (9) angeordnet sind.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgehäuse (4) mit der Kurbelwelle (20) einer Brennkraftmaschine und die Welle (5) mit einem drehbar gelager­ ten Kupplungsgehäuse (21) einer Reibscheibenkupplung (22) verbunden sind.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringzylinder (19) und der zu seiner Hal­ terung verwendeten Gehäusewand (13 bzw. 14) axiale Ab­ standsmittel (Befestigungsauge 53) vorgesehen sind.