DE3828421C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Lamellen für eine Viskosekupplung mit einem als Nabe ausgebildeten ersten Kupplungsteil und einem als Gehäuse ausgebildeten, wenigstens teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten zweiten Kupplungs­ teil, wobei ein Lamellensatz die über Keilnutenverbin­ dungen mit dem ersten und ein weiterer Lamellensatz mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbunden ist und die Lamellen sich teilweise über ihre radiale Ausdehnung erstreckende Schabekanten ausweisende Durchbrüche besitzen.

Es ist bei Viskosekupplungen bekannt, Schabekanten an den Lamellen in Form von Verdickungen vorzusehen (DE-PS 36 32 283). Diese definierten Schabekanten bewirken eine Ver­ besserung des Überganges der Kupplung vom normalen Ar­ beitsmodus, in dem eine reine Flüssigkeitsscherbean­ spruchung stattfindet, zu einem Modus, bei dem die Lamellen in Reibkontakt zueinander kommen und gehalten werden. Die Schabekante sorgt dafür, daß der Flüssigkeitsfilm auf der Planfläche der anderen Lamelle nach Art eines Scheiben­ wischereffektes abgestreift wird.

Diese bekannten Ausführungen haben jedoch den Nachteil, daß nur ein Teil der Lamellen in Reibkontakt kommt, so daß die Drehmomentcharakteristik der Kupplung Beschränkungen unterworfen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Wirkungs­ weise der bekannten Lamellen zu verbessern, also insbe­ sondere den Abstreifeffekt von der Planfläche der Gegenlamelle wirksamer zu gestalten und eine schnellere Überführung in den Zustand der Anlage zweier Lamellen aneinander zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweils zwischen zwei benachbarten Durchbrüchen gebildeten Sektoren der Lamellen eines Lamellensatzes mit von einer Radialfläche der Lamelle ausgehend eingeprägten, axial gerichtete Vorsprünge bildende Abknickun­ gen versehen sind, die im wesentlichen entsprechend der Radial­ erstreckung der Durchbrüche verlaufend angeordnet sind.

Hierdurch wird eine Verformung der Sektoren erreicht, so daß die Begrenzungskanten der Schlitze abgebogen werden und damit scharfkantig an der Planfläche der an­ deren Lamelle anliegen können. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird ferner erreicht, daß die mit Abknickungen versehenen Lamellen eine hydrodynamisch sich aufbauende Kraftkomponente in Achsrichtung erfahren, die in Richtung zu der offenen Seite der Abknickungen wirksam ist. Hierdurch wird ein sicheres Überführen der Lamellen in den Reibkontakt gewährleistet, womit sich das Drehmomentverhal­ ten der Kupplung verbessert.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Abknic­ kung durch im Querschnitt kreissektorförmige Ausformungen gebildet sind. Hierdurch wird eine Art Kanal gebildet, aus der das abgeschabte Silikonöl, das beispielsweise als viskoses Medium benutzt wird, radial nach außen abgeführt werden kann. Hierdurch wird der Reibeffekt erhöht.

Ferner ist vorgesehen, daß die Durchbrüche als zu einer Umfangskante offene Radialschlitze ausgebildet sind.

Bevorzugt sind die Abknickungen aufweisenden Lamellen der Nabe zugeordnet und damit als Innenlamellen ausgebildet.

Es wurde festgestellt, daß eine paarweise Nebeneinanderan­ ordnung der Innenlamellen auf der Nabe, wobei die Ausformungen der Abknickungen zueinandergerichtet sind, besonders günstig ist. Diese Anordnung führt dazu, daß die beiden Innenlamellen schneller auseinander auf die Außenlamellen zu bewegt werden. Darüber hinaus wird eine Außenlamelle von jeweils zwei Innenlamellen seitlich beaufschlagt, so daß insgesamt bei niedrigerer Flächenpressung eine höhere Drehmomentkapazität im Hump-Modus, also dem Modus des Flächenkontaktes zwischen den Kupplungslamellen, gegeben ist.

Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, eine solche Lamellen aufweisende Viskosekupp­ lung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in Verbindung mit einem selbsttätig sperrenden Differen­ tial, zu nutzen. Bei solchen Anwendungsfällen können kurz­ fristig, beispielsweise wenn das Fahrzeug an einer Böschungskante hängen bleibt und unterschiedliche Reibver­ hältnisse an den Antriebsrädern oder den Rädern der beiden angetriebenen Achsen gegeben sind, eine Blockade der Kupp­ lung herbeiführen, so daß kurzzeitig ein erhöhtes Moment nur auf ein Antriebsrad oder die Räder einer zuge­ schalteten Antriebsachse übertragen werden können.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Lamellen und Anordnungen in Viskosekupplungen sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine in ein sperrbares Differential einge­ baute Viskosekupplung,

Fig. 2 eine einzelne Viskosekupplung,

Fig. 3 eine Ansicht auf eine Innenlamelle und zwar auf die radiale Planfläche von der die Abknickungen ausgehend angebracht sind,

Fig. 4 eine Einzelheit eines Sektors mit der Abknickung,

Fig. 5 eine alternative Ausbildung der Abknickung ebenfalls an einer Einzelheit eines Sektors der Innenlamelle,

Fig. 6 eine Lamellenanordnung mit paarweise ange­ ordneten Innenlamellen im normalen Arbeits­ modus,

Fig. 7 die gegenseitige Zuordnung der Innen- und Außenlamellen gemäß Fig. 6 im Hump-Modus,

Fig. 8 eine Anordnung einer Innenlamelle zwischen zwei Außenlamellen im normalen Arbeitsmodus und

Fig. 9 ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug.

Fig. 1 zeigt ein sperrbares Kegelradausgleichsgetriebe, bestehend aus dem eigentlichen Differential 2 und der Viskosekupplung 1. Die Viskosekupplung 1 ist in dem ver­ längerten, als Kupplungsgehäuse 3 ausgebildeten Differen­ tialkorb 10 untergebracht. Das Differential 2 umfaßt zwei koaxial zur Drehachse X-X des Differentialkorbes 10 angeordnete Abtriebskegelräder 11, 12, die mit zwei Ausgleichskegelrädern 14 kämmen, welche auf einem Ausgleichsradträger 13 rechtwinklig zur Achse X-X drehbar angeordnet sind.

In dem Kupplungsgehäuseteil 3 des Differentialkorbes 10 ist eine Verzahnung 4 angebracht, in der Außenlamellen 8 aufgenommen sind. Seitlich ist das Kupplungsgehäuse 3 durch zwei Deckel 6 abgeschlossen. Diese beiden Deckel 6 sind am Kupplungsgehäuse 3 bzw. Differentialkorb 10 angebracht. Gegenüber diesen beiden Deckeln 6 ist eine Kupplungsnabe 5 drehbar angeordnet. Die Nabe 5 weist eine Außenverzahnung 21 auf, auf der die Innenlamellen 9 a, 9 b drehfest, aber axial verschiebbar aufgenommen sind. Bevorzugt werden die Außenlamellen 8 über Distanzringe zueinander distanziert gehalten. Die Innenlamellen 9 a, 9 b und Außenlamellen 8 sind abwechselnd angeordnet. Der verbleibende Gehäuseinnenraum der Viskosekupplung 1 ist mit einem viskosen Medium, insbesondere einem Silikonöl, zumindest teilweise gefüllt. Die beiden Abtriebskegelräder 12 und 11 sind mit Antriebswellen verbindbar. Mit der Antriebswelle, die dem Abtriebskegelrad 11 zugeordnet ist, ist auch die Nabe 5 der Viskosekupplung 1 verbindbar. Bevorzugt wird der Differentailkorb 10 drehend ange­ trieben. Das Drehmoment verteilt sich auf die beiden Abtriebskegelräder 11, 12. Im Falle, daß eines der Abtriebskegelräder 11 oder 12 schneller läuft als das andere, erfolgt eine Abbremsung und Mitnahme des langsamer laufenden bzw. stillstehenden Abtriebs­ kegelrades über den in der Viskosekupplung 1 stattfinden­ den Drehmomentaufbau aus der Scherbeanspruchung der Flüssigkeit. Bei bestimmten Betriebszuständen, wenn beispielsweise eine Drehzahldifferenz über längere Zeit ansteht, ist eine Schutzfunktion der Viskosekupplung 1 gewollt, die durch das Phänomen der Hump-Bildung erreicht wird. Bei der Hump-Bildung bewegen sich beispielsweise die axial beweglichen Innenlamellen 9 a auf eine der benach­ barten Außenlamellen 8 zu. Sie kommen mit dieser in Reib­ kontakt, so daß zumindest ein gemischter Modus der Be­ triebsweise erzielt wird, d. h. zumindest einige der Lamellen sind nur mit der Flüssigkeit in Kontakt, während andere schon über Flächenkontakt mit der benachbarten Außenlamelle 8 für eine Drehmomentübertragung im Sinne einer Reibkupplung sorgen.

In diesem Zustand hat das Silikonöl die Möglichkeit, abzu­ kühlen, wodurch sich der Füllungsgrad verringert und die Kupplung wieder in den Modus der reinen Scherbeanspruchung des Silikonöles überführt wird, da die Innenlamellen 9 a, 9 b von den benachbarten Außenlamellen 8 wieder wegbewegt werden.

Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist erkennbar, daß beim sogenannten Hump-Modus jeweils die Außenlamelle 8 einseitig von einer Innenlamelle 9 a bei Reibkontakt beaufschlagt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Innenlamellen 9 a, 9 b paarweise angeordnet, so daß jeweils eine Außenlamelle 8 von zwei Innenlamellen 9 a und 9 b seitlich beaufschlagt wird. Hierdurch wird eine Verbiegung der Außenlamellen 8, das man als Tellern bezeichnet, vermieden. Es wird ein flächiger Kontakt über eine längere Betriebsdauer gewährleistet. Darüber hinaus wird auch der Reibflächenanteil erhöht, so daß selbst bei geringerer Flächenpressung eine höhere Drehmomentkapazität der Vis­ kosekupplung 1 im Hump-Modus gegeben ist. Ansonsten ent­ spricht der Aufbau der Viskosekupplung 1 nach Fig. 2 der in das Kegelraddifferential nach Fig. 1 eingesetzten Kupplung. Sie ist lediglich als separate Baueinheit gestaltet, deren Gehäuse 3 einen Gehäusemantel 7 umfaßt, der ebenfalls durch Deckel 6 verschlossen ist und wobei der Gehäusemantel 7 innen mit axial verlaufenden Verzahnungen 4 versehen ist. Die Nabe 5 ist in den beiden Deckeln 6 drehbar aufgenommen und ebenfalls mit einer Außenverzahnung 21 zur Aufnahme der Innenlamellen 9 a, 9 b versehen. Es ist erkennbar, daß auf eine erste Außenlamelle 8 zwei Innenlamellen 9 a und 9 b folgen, dann wieder eine Außenlamelle 8 und zwei Innenlamellen 9 a, 9 b und so weiter.

Verschiedene Ausführungen der Lamellen zur Verbesserung der Wirkung des Abschabens des Silikonöls von einer Planfläche 33 einer Außenlamelle 8 sind aus den Ausfüh­ rungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 8 ersichtlich.

In Fig. 3 ist eine Innenlamelle 9 a, 9 b mit Sicht auf eine radiale Planfläche 16 dargestellt, von der ausgehend die Abknickungen 18 eingeprägt sind. Insbesondere aus den weiteren Zeichnungsfiguren 4 bis 8 ist die Form der Abknickungen 18 erkenntlich.

Ferner ist erkenntlich, daß die Innenlamelle 9 a, 9 b mit einer verzahnten Bohrung 20 versehen ist, mit der sie drehfest auf der Außenverzahnung 21 der Nabe 5 aufgenommen ist. Die Innenlamelle 9 a, 9 b ist mit auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten, als Radialschlitze ausgebildeten Durchbrüchen 17 versehen. Die Durchbrüche sind zu einer Umfangskante 19 offen ausgestaltet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Durchbrüchen 17 sind Sektoren 15 gebildet, in deren mittleren Bereich die Abknickungen 18 angebracht sind. Die Abknickungen 18 erstrecken sich in Radialrichtung etwa über den radialen Erstreckungsbereich der Durchbrüche 17. Aus den Zeichnungsfiguren 4 bis 5 ist eine unterschiedliche Ausgestaltung der Abknickungen 18 ersichtlich. Während sich bei der Ausführungsform nach Fig. 4 die Abknickungen 18 durch eine mehr oder weniger scharfkantige Umformung nach Art eines dachförmigen Bereiches für den Sektor 15 darstellt, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 5 eine Ausformung vorgesehen, die zu einer im Querschnitt kreisringsektorförmigen Ausgestaltung führt. An den Begrenzungskanten zu den Durchbrüchen hin ergeben sich Schabekanten 32, die einen Scheibenwischereffekt bei Relativdrehung erzeugen.

Aus den beiden Fig. 6 und 7 ist die gegenseitige Zuord­ nung der Innenlamellen 9 a, 9 b und Außenlamellen 8 erkennbar. Die Zuordnung zweier Außenlamellen 8 und entsprechenden Innenlamellen 9 a, 9 b ist nur an einem ausschnittsweisen Abschnitt dargestellt. Aus Fig. 6 ist die gegenseitige Zuordnung im normalen Arbeitsmodus ersichtlich. Zwischen zwei Außenlamellen 8 ist ein Paar von Innenlamellen 9 a, 9 b angeordnet, deren radiale Planflächen 16, von denen die Abknickungen 18 ausgehen und die die Schabekanten 32 aufweisen, voneinander weggerichtet sind; die Ausformungen der Abknickungen 18 sind also einander zugewandt. Bei länger anstehender Relativbewegung zwischen den Lamellen 8 und 9 a, 9 b erfolgt ein Auseinanderbewegen der beiden Innenlamellen 9 a und 9 b jeweils in Richtung auf die andere Außenlamelle 8, so daß die Schabekanten 32 in Anlage zu den benachbarten Planflächen 33 der Außenlamellen 8 kommen. Dieser Zustand ist in Fig. 7 dargestellt. Die Schabekanten 32 gleiten bei Relativbewegung an der Planfläche 33 entlang und schaben das Silikonöl von dieser Planfläche 30 ab. Die durch die Dachform aufgrund der Abknickungen 18 bzw. Ausformung gebildeten Kanäle sorgen für eine schnelle Abfuhr des Silikonöls radial nach außen, wodurch der Reibschluß zwischen den Außenlamellen 8 und Innenlamellen 9 a, 9 b erhöht wird. Da eine paarweise Anordnung der Innenlamellen 9 a und 9 b nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 vorgesehen ist, wird eine Außenlamelle 8 von jeweils zwei Innenlamellen 9 a, 9 b beaufschlagt. Eine solche Anordnung ist dem Prinzip nach auch in der Viskosekupplung nach Fig. 2 dargestellt.

Die Anordnung und gegenseitige Zuordnung der Innenlamellen 9 a und Außenlamellen 8 nach der Ausbildung der Viskosekupplung gemäß Fig. 1 ist sektorweise auch in Fig. 8 dargestellt. Es ist hieraus erkenntlich, daß jeweils zwischen zwei Außenlamellen 8 nur eine Innenlamelle 9 a angeordnet ist, und daß entsprechend deren Schabekanten 32 auch nur an der Planfläche 33 einer Außenlamelle 8 anliegen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für Viskosekupplungen, bei denen die im Zusammenhang mit den Schabekanten und den Abknickungen 18 beschriebene Funktion gewünscht ist, ist der Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen. Ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Fahrzeug ergibt sich aus Fig. 9. Darin ist das Fahrzeug mit 22 bezeichnet. Es handelt sich um ein Fahrzeug mit einem quer eingebauten Motor-Ge­ triebe-Aggregat 23. Die Vorderräder 24 sind über ein Mittendifferential 28, ein Vorderachsdifferential 26 und vordere Seitenwellen 27 angetrieben. Die Abzweigung des Antriebes der Hinterräder 25 erfolgt vom Mitten­ differential 28 über die Längswelle 29, das Hinter­ achsedifferential 30 und hintere Seitenwellen 31. Einzelne oder alle der dargestellten Differentiale 26, 28, 30 können entsprechend dem selbsttätig sperrenden Differential nach Fig. 1 ausgebildet sein, bei einer anderen Ausführungsform könnte das Mittendifferential 28 durch eine Kupplung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ersetzt werden.

Claims (6)

1. Lamellen für eine Viskosekupplung mit einem als Nabe ausgebildeten ersten Kupplungsteil und einem als Ge­ häuse ausgebildeten, wenigstens teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten zweiten Kupplungsteil, wobei ein Lamellensatz über Keilnutenverbindungen mit dem ersten und ein weiterer Lamellensatz mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbunden ist und die Lamellen sich teilweise über ihre radiale Ausdehnung erstreckende, Schabekanten aufweisende Durchbrüche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zwischen zwei benachbarten Durch­ brüchen (17) gebildeten Sektoren (15) der Lamellen (9 a, 9 b) eines Lamellensatzes mit von einer Radialfläche (16) der Lamelle (9 a, 9 b) ausgehend eingeprägten, axial gerichtete Vorsprünge bildende Abknickungen (18) versehen sind, die im wesentlichen entsprechend der Radialerstreckung der Durchbrüche (17) verlaufend angeordnet sind.

2. Lamelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abknickungen (18) durch im Querschnitt kreis­ sektorförmige Ausformungen gebildet sind.

3. Lamellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (17) als zu einer Umfangskante (19) offene Radialschlitze ausgebildet sind.

4. Lamellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Ausbildung als der Nabe (5) der Viskose­ kupplung (1) zugeordnete Innenlammellen (9 a, 9 b).

5. Lamellen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine paarweise Nebeneinanderanordnung auf der Nabe (5) mit zueinander gerichteten Ausformungen der Abknickungen (18).

6. Lamellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung im Antriebstrang eines Kraftfahr­ zeuges (22), insbesondere in Verbindung mit einem selbsttätig sperrenden Differential.