DE3827946C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fluidbetätigte Mehrscheiben- Reibungskupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Kupplung ist beispielsweise aus der EP 2 00 829 A1 bekannt. Bei dieser Kupplung wird ein Ölablaßventil bei zunehmender Drehzahl zunehmend geöffnet, so daß der durch die Fliehkraft steigende Öldruck im Betätigungszylinder abgesenkt bzw. auf einen möglichst konstanten Wert gebracht werden kann.

Diese Beeinflussung des Fluiddrucks zur Kompensation der durch Zentrifugalkräfte entstehenden ungewollten Druckveränderung bringt nun einen Fluidstrom mit sich, der bei steigender Drehzahl steigt. Somit muß nicht nur eine mit der Drehzahl steigende Menge an Fluid von einer hierfür vorgesehenen Druckmittelpumpe gefördert werden, vielmehr ändert sich auch das dynamische Verhalten der Anordnung. Wenn nämlich bei niedriger Drehzahl die Kupplung innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit von einem niedrigen auf einen hohen Reibungswert gebracht weden soll, so muß nur eine geringe Druckölmenge gefördert werden, während bei hohen Drehzahlen aufgrund des dann geöffneten Ventils eine große Menge gefördert werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auf einfache Weise eine drehzahlunabhängige Einstellung des übertragenen Drehmoments erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Kupplung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Halter in der Kupplung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Vektoren zwischen einem Gewicht und den Nockenscheiben in der Kupplung, wobei Vektoren aus der Zentrifugalkraft resultieren.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Kupplung zeigt, die als Übertragungskupplung für ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb verwendet wird. Dabei ist eine Antriebswelle 1 in einem Getriebegehäuse 4 mit einem Lager 2 drehbar gelagert, um die Kraft eines Motors von dem Getriebe auf eine Übertragungseinrichtung zu übertragen, und zwar über ein Untersetzungsgetriebe 3, das fest an der Antriebswelle 1 montiert ist.

Die Antriebswelle 1 ist nach hinten mit einem Verteilergetriebe 24 verlängert, bei dem eine hintere Antriebswelle 8 in einem Lager 9 drehbar gelagert ist. Ein Ende der hinteren Antriebswelle 8 ist über ein Nadellager 7 drehbar auf der Antriebswelle 1 montiert. Die hintere Antriebswelle 8 ist betriebsmäßig mit einem nicht dargestellten Enduntersetzungsgetriebe für die Hinterräder verbunden.

Eine Übertragungskupplung 25 in Form einer fluidbetätigten Mehrscheiben-Reibungskupplung ist in dem Verteilergetriebe 24 vorgesehen. Die Übertragungskupplung 25 weist folgendes auf: eine Antriebstrommel 5, die an dem Untersetzungsgetriebe 3 befestigt ist, als Antriebsteil; eine angetriebene Trommel 10, die an der hinteren Antriebswelle 8 befestigt ist, als angetriebenes Teil; eine Vielzahl von Scheiben 6, die mit Keilverbindungen 5a auf die Trommel 5 aufgekeilt sind, sowie eine Vielzahl von Scheiben 11, die über Keilverbindungen 10a auf die Trommel 10 aufgekeilt sind, wobei die Scheiben 6, 11 abwechselnd angeordnet sind.

Ein Hydraulikkolben 12 ist in der angetriebenen Trommel 10 vorgesehen und verschiebbar auf der Antriebswelle 8 montiert. Der Kolben 12 hat eine Öldichtung 14 an einem Vorsprung 12a und steht mit dem Innenumfang der angetriebenen Trommel 10 an einem Außenflansch 12b in Eingriff, der eine Öldichtung 13 hat. Ein Ende des Außenflansches 12b ist so ausgelegt, daß es mit der ganz innen gelegenen Scheibe 11 in Eingriff bringbar ist. Eine Fluidkammer 15 ist zwischen dem Kolben 12 und der angetriebenen Trommel 10 ausgebildet. Durch eine Öffnung 17 und eine Ölpassage 16 in der Antriebswelle 8 wird Öl in die Kammer 15 zugeführt bzw. aus dieser abgelassen.

Gemäß der Erfindung ist ein Paar von Scheiben 18 und 19 in der angetriebenen Trommel 10 vorgesehen und auf der Antriebswelle 8 montiert. Auf gegenüberliegenden Wänden der Scheiben 18 bzw. 19 sind sich verjüngende Innenoberflächen 18a und 19a ausgebildet, die jeweils einen Winkel R gegenüber einer gedachten Bezugsebene haben. Die sich verjüngenden Innenoberflächen 18a und 19a sind so angeordnet, daß sie einen ringförmigen Raum bilden, dessen Breite zum Umfang hin allmählich abnimmt.

Die Scheibe 18 ist auf der Antriebswelle 8 so montiert, daß sie in axialer Richtung der Antriebswelle 8 gegen das eine Ende des Vorsprunges 12a des Kolbens 12 anliegt. Die Scheibe 19 ist mit Keilverbindungen 8a auf der Antriebswelle 8 befestigt. An die Scheibe 19 angrenzend, ist eine Tellerfeder 21 an der Antriebswelle 8 befestigt, die mit einem an der Antriebswelle 8 befestigten Sprengring 20 gelagert ist. Somit wird die Scheibe 19 in axialer Richtung der Antriebswelle 8 nachgebend gegen die Scheibe 18 gedrückt.

Ein ringförmiger Halter 22 ist in dem ringförmigen Raum zwischen den Scheiben 18 und 19 angeordnet und auf die Keilverbindungen 8a aufgekeilt. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der scheibenförmige Halter 22 eine Vielzahl von Aussparungen 22a, die sich vom Innenraum aus radial erstrecken. Kugelförmige Gewichte 23 stehen mit den jeweiligen Aussparungen 22a beweglich in Eingriff. Somit ist jedes Gewicht 23 in radialer Richtung des Halters 22 in dem Raum zwischen den sich verjüngenden Oberflächen 18a und 19a der Scheiben beweglich.

Wenn der Kammer 15 Öl zugeführt wird, so wird der Kolben 12 durch den Öldruck vorgeschoben. Der Außenflansch 12b des Kolbens 12 drückt gegen die Scheiben 6 und 11, um die Übertragungskupplung 25 einzurücken. Somit wird die Kraft des Motors von der Antriebswelle 1 über das Untersetzungs­ getriebe 3, die Antriebstrommel 5, die Scheiben 6 und 11 sowie die angetriebene Trommel 10 auf die hintere Antriebswelle 8 übertragen. Wenn Öl aus der Kammer 15 abgelassen wird, so bewegt sich der Kolben 12 durch die Kraft der Feder 21 zur Kammer 15 hin, so daß der Flansch 12b von der Scheibe 6 getrennt wird, beispielsweise durch einen Abstand a gemäß Fig. 1, so daß die Scheiben 6 und 11 getrennt werden. Damit wird die Übertragungskupplung 25 ausgerückt.

Wenn die Übertragungskupplung 25 bei hoher Drehzahl ausgerückt wird, so dreht sich die Antriebswelle 8 weiter mit hoher Drehzahl. Der Zentrifugalöldruck beaufschlagt die Kammer 15, so daß der Kolben 12 einer Kraft F in axialer Richtung der Antriebswelle 8 ausgesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die Zentrifugalkraft, daß sich die Gewichte 23 in den Aussparungen 22a des Halters 22 radial nach außen bewegen, so daß die Scheiben 18 und 19 in axialer Richtung gedrückt werden. Somit wird die Scheibe 18 durch das Gewicht 23 geschoben und eine Kraft F′ in der entgegengesetzten Richtung zur Kraft F erzeugt, welche den Kolben 12 über den Vorsprung 12a beaufschlagt.

Wenn dementsprechend die Komponenten der Kupplung richtig ausgelegt sind und eine Relation besteht, daß die Kraft |F| gleich der Kraft |F′| ist, so wird die Zentrifugalkraft durch die Funktion der Gewichte 23 ausgeglichen.

Die Kraft F, die von der Zentrifugalkraft in der Ölkammer auf den Kolben ausgeübt wird, läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

wobei folgende Bezeichnungen verwendet sind

r1 = Innenradius des Kolbens
r2 = Außenradius des Kolbens
P = f (r) Zentrifugalöldruck (radiusabhängig)
r = willkürlicher Radius
n = Drehzahl (min^-1)
K = Konstante, bestimmt durch r1, r2 und das spezifische Gewicht des Öls.

Demgegenüber läßt sich die Druckkraft F′, die von den Gewichten abhängig ist, folgendermaßen ausdrücken:

F′={(1/tan R)-μ} m · n′ · r′ · (2π/60)² · n²=K′n² (2),

wobei folgende Bezeichnungen verwendet sind

R = Winkel der sich verjüngenden Innenoberfläche der Scheibe
μ = Reibungskoeffizient
m = Masse des Gewichtes
n′ = Anzahl der Gewichte
r′ = Vorgaberadius
K′ = Konstante, bestimmt durch R, μ, m, n′ und r′.

Wenn in den obigen Gleichungen (1) und (2) die Beziehung K=K′ erfüllt ist, wird der Einfluß des Zentrifugalöldrucks ausgeglichen. Die Gleichung (2) ist abgeleitet aus Vektoren in Fig. 3 sowie einer Gleichung ω=(2π/60) n. Somit wird der Abstand a auch dann beibehalten, wenn die Übertragungskupplung bei hoher Drehzahl ausgerückt wird, so daß ein Steuerungsfehler verhindert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein Paar von Scheiben 18 und 19 als Schubeinrichtung verwendet, um gegen den Kolben 12 zu drücken bzw. diesen zu schieben. Anstelle der Scheiben kann auch ein sich verjüngender Bereich im Kolben 12 ausgebildet sein, um den Kolben als Teil von einem oder als Schubelement selbst zu betätigen. Anstelle der kugelförmigen Gewichte können auch mechanische Gewichte, wie z. B. Fliehkraftgewichte verwendet werden.

Claims (4)

1. Fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung mit einer An­ triebstrommel (5), einer angetriebenen Trommel (10), die koaxial zur Antriebstrommel (5) auf einer Welle (8) gesichert ist, einer Vielzahl von Lamellen (6, 11), die jeweils an einer der beiden Trommeln (5, 10) gesichert und miteinander in Eingriff bringbar sind, einem ringförmigen Hydraulikkolben (12), der in einer entsprechend geformten Fluidkammer (15) vorgesehen ist, die in einer der Trommeln (5, 10) aus­ gebildet ist, einer Fluidpassage (16, 17) für die Zuführung von Fluid zu der Fluidkammer (15), um den Kolben (12) zu be­ wegen und mindestens eine der Lamellen (6, 11) zu beaufschlagen und dadurch die Kupplung (25) einzurücken, dadurch gekennzeichnet, daß von der Fluidkammer (15) aus in axialer Richtung gesehen folgende Elemente vorgesehen sind:

• - ein erster Ring (18), der mit der Hinterseite des Hydrau­ likkolbens (12) in Wirkverbindung steht und in axialer Richtung zusammen mit diesem frei auf der Welle (8) verschiebbar ist;
• - ein zweiter Ring (19), der mit der Welle (8) drehfest und axial begrenzt beweglich verbunden ist;
• - eine Fliehkraftreglereinrichtung (18a, 19a, 23) zwischen den beiden Ringen (18, 19), welche diese mit einer bei zunehmender Drehzahl der Welle (8) steigenden Kraft auseinanderdrückt und so den Hydraulikkolben (12) in Ausrückrichtung der Kupplung beaufschlagt.

2. Fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (18, 19) mindestens eine sich verjüngende Innenoberfläche (18a, 19a) aufweisen.

3. Fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftreglereinrichtung kugelförmige Gewichte (23) umfaßt, die zwischen den verjüngenden Innenoberflächen (18a, 19a) der Ringe (18, 19) sitzen.

4. Fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Gewichte (23) in radial nach außen verlaufenden Aussparungen (22a) eines scheibenförmigen Halters (22) radial beweglich gehalten sind.