DE3908090C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem Gehäuse als einem Kupplungsteil und mindestens einer darin drehbar aufgenommenen Nabe als weiterem Kupp­ lungsteil mit einer der Anzahl der Kupplungsteile ent­ sprechenden Anzahl von Lamellensätzen, die jeweils mit einem der Kupplungsteile drehfest verbunden sind und deren Lamellen in einer bestimmten Folge abwechselnd in einem die Hauptkammer bildenden Teil des Innenraumes des Ge­ häuses angeordnet sind und zusätzlich eine Aufnahmekammer für das den von Lamellen nicht besetzten Innenraum zumin­ dest teilweise füllende viscose Medium vorgesehen ist.

Aus der DE 37 25 103 C1 ist es bekannt, bei einer An­ triebsanordnung in einem vierradgetriebenen Fahrzeug eine Flüssigkeitsreibungskupplung vorzusehen, die eine Haupt­ kammer, in der die Lamellen angeordnet sind, und einen weiteren Raum für die Aufnahme von viskoser Flüssigkeit aufweist. Die Kupplung dient dazu, in den beiden unter­ schiedlichen Drehrichtungen unterschiedliche Drehmoment­ charakteristika zu erzeugen, wobei in der Hauptdreh­ richtung ein größeres Drehmoment und in der anderen Dreh­ richtung kein oder ein nur unwesentliches Drehmoment auf­ gebaut wird.

Flüssigkeitsreibungskupplungen werden bevorzugt in Kraft­ fahrzeugen eingesetzt, um bei dem Auftreten unterschied­ licher Haftbeiwerte eine Mitnahme der nicht ständig ange­ triebenen Achse oder des anderen Rades durch Aufhebung der Differentialfunktion eine Vortriebskraft zu erzeugen. Ein Drehmoment wird immer dann von der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung aufgebaut, wenn eine Differenzdrehzahl und damit eine Relativbewegung zwischen den Lamellen ansteht. Bei geringen Drehzahlen, d. h. bei geringen Geschwindigkeiten oder der Geschwindigkeit Null des Fahrzeuges, ist ein schnelles Überführen der Kupplung in den sogenannten Hump-Modus erwünscht, um eine 100% Durchschaltung der Kupplung zu bewirken. Es soll also zwischen der der trei­ benden und der davon angetriebenen Achse eines Kraftfahr­ zeuges eine drehstarre Verbindung erzielt werden, um eine Bewegung des Fahrzeuges zu erreichen. Bei hohen Geschwin­ digkeiten des Fahrzeuges würde sich jedoch eine solche Durchschaltung negativ auf das Fahrverhalten des Fahr­ zeuges auswirken.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, eine Flüssigkeitsreibungskupplung derart auszugestal­ ten, daß bei hohen Absolutdrehzahlen der Kupplung der Übergang derselben von der normalen Scherung der Viskose­ flüssigkeit in den Hump-Modus verzögert eintritt oder sogar gänzlich verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von Lamellen besetzte Hauptkammer des Innenraumes des Gehäuses von der Aufnahmekammer durch mindestens eine einem Kupplungsteil zugeordnete Trennlamelle getrennt ist, welche in ihrer Ringfläche mit mindestens einem axialen, über einen Verschluß bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl geöffneten Durchbruch zwischen der Hauptkammer und der Aufnahmekammer versehen ist.

Im Normalzustand, d. h. bei Anstehen niedriger Absolutdreh­ zahlen oder der Absolutdrehzahl Null sind die Durchbrüche verschlossen, während sie bei hohen Absolutdrehzahlen geöffnet sind und beide Kammern für einen Flüssigkeitsaus­ tausch miteinander verbindet. Durch die Integration der Trennlamellen in das Gehäuse erfolgt keine vollständige Trennung der beiden Kammern voneinander sondern auch bei geschlossenem Verschluß verbleibt ein als Drossel wirken­ der Durchgang zwischen den beiden Kammern. Hierdurch wird erreicht, daß im statischen Zustand in beiden Kammern derselbe Druck herrscht und ein gleicher vorgegebener Befüllungsgrad vorhanden ist.

Tritt bei niedrigen Absolutdrehzahlen bei geschlossenen Durchbrüchen eine größere Drehzahldifferenz zwischen den beiden Kupplungsteilen auf, so wird sich der Druck auf­ grund der in der Hauptkammer der Kupplung eintretenden Energieumsetzung temperaturbedingt schnell erhöhen und es tritt die auch für diesen Betriebszustand gewünschte bei Flüssigkeitsreibungskupplungen bekannte Hump-Wirkung ein. Stellt sich hingegen bei hoher Absolutdrehzahl der Kupp­ lung, also bei hoher Drehzahl beider Kupplungsteile eine größere Drehzahldifferenz ein, sind die Durchbrüche in der Trennlamelle geöffnet, so daß sich der Innendruck im In­ nenraum des Gehäuses zwischen der Hauptkammer und der Aufnahmekammer, in der keine Energieumsetzung stattfindet und damit auch keine Temperatur oder Druckerhöhung ein­ tritt, ausgleichen kann. Das Eintreten des Hump-Modus wird damit je nach Auslegung der Durchbrüche und des zugeord­ neten Verschlusses entweder verzögert oder vollständig verhindert.

Obwohl es für bestimmte Anwendungsfälle nur erforderlich ist, daß einem Kupplungsteil eine Trennlamelle zugeordnet ist, kann es, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen ist, sinnvoll sein, daß jedem Kupplungsteil eine Trennlamelle zugeordnet ist. Ein Anwendungsfall, bei dem jedem Kupplungsteil eine Trennlamelle zugeordnet ist, ist das der Differentialsperre zwischen zwei Rädern einer Achse. Im Falle, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung zwischen zwei Antriebsachsen angeordnet ist, ist es aus­ reichend, wenn nur eine Trennlamelle vorgesehen wird, die dann jedoch der Abtriebsseite der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung zuzuordnen ist.

Bevorzugt sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Anzahl von drei Durchbrüchen vorgesehen, die umfangs­ verteilt angeordnet sind.

Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, daß der Ver­ schluß als Verschlußschieber ausgebildet ist, der in einer Führung der Trennlamelle zwischen einer radial inneren und einer radial äußeren Position radial bewegbar geführt und in Richtung der radial inneren Position den zugehörigen Durchbruch abdeckend von einer Feder beaufschlagt ist. Der Schieber dient als Fliehgewicht, der entgegen der Feder­ kraft bei steigender Drehzahl aus der radial inneren Po­ sition, d. h. der Abdeckposition zum zugeordneten Durch­ bruch, radial nach außen bewegt wird und damit zunehmend den Durchbruch freigibt und die entsprechende Verbindung zwischen der Hauptkammer und dem Aufnahmeraum freigibt.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flüssigkeits­ reibungskupplung mit zwei Sätzen von Lamellen,

Fig. 2 ein Detail gemäß Fig. 1 bezüglich einer Trennlamelle im Längsschnitt der Kupplung gesehen,

Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2, jedoch unter Weglassung des Gehäuses,

Fig. 4 eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit vier Sätzen von Lamellen im Längsschnitt und

Fig. 5 ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, das mit Flüssigkeitsreibungskupp­ lungen nach der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 6 ein Antriebschema mit einem Torque-Splitter.

In Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung 1 mit einem ersten Kupplungsteil 2, das als Gehäuse ausgebildet ist, dargestellt. Das Gehäuse 2 ist auf seinem zylin­ drischen Mantel mit einer Außenverzahnung 3 versehen, über welche die Kupplung 1 drehmomentmäßig mit einem treibenden oder getriebenen Teil verbindbar ist. Beispielsweise kann die Außenverzahnung 3 auch als Zahnrad ausgebildet sein.

In den beiden Deckeln 12 des Gehäuses 2 ist die als zwei­ tes Kupplungsteil ausgebildete Nabe 4 relativ drehbeweg­ lich zu diesem gelagert. Einer der Deckel 12 ist mit dem Gehäusemantel über eine Schweißnaht verbunden, während der andere Deckel 12 entfernbar eingesetzt ist und über einen Sicherungsring 13 gehalten wird. Zwischen der Außenfläche der Nabe 4 und den beiden Deckeln 12 sind Dichtungen 16 eingesetzt. Der entfernbare Deckel 12 ist ferner über eine Dichtung 17 zum Gehäuse 2 abgedichtet. Die innere Mantel­ fläche des Gehäuses 2 ist mit einer Innenverzahnung 14 versehen. Die Nabe 4 ist mit einer Außenverzahnung 15 ausgerüstet. Der Gehäuseinnenraum 11 ist in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar in eine Hauptkammer 22, in der die Außenlamellen 6 und Innenlamellen 7 angeordnet sind, und eine davon getrennte, und zwar über Trennlamellen 18, 19 davon getrennte Aufnahmekammer 23, die nicht von Lamellen besetzt ist.

Die Außenlamellen 6 sind auf ihrem Außenumfang mit einer Verzahnung 7 versehen, welche passend zur Innenverzahnung 14 des Gehäuses 2 ausgebildet ist und in der sie drehfest aufgenommen sind. Die Innenlamellen 8 sind in ihrer Bohrung mit einer Innenverzahnung 9 versehen, die passend zur Außenverzahnung 15 der Nabe 4 ausgebildet ist. Die Außenlamellen 6 sind bevorzugt über Distanzringe 10 auf einem bestimmten Abstand gehalten, während die dazwischen angeordneten Innenlamellen 7 axial beweglich in der Ver­ zahnung 15 aufgenommen sind und sich einer der benachbar­ ten Außenlamellen 6 annähern können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Trennlamellen 18, 19 vorge­ sehen, von denen eine, nämlich die Trennlamelle 18 dem Gehäuse 2 und die zweite, nämlich die Trennlamelle 19, der Nabe 4 zugeordnet ist. Die beiden Trennlamellen 18, 19 sind jeweils auch mit einer Außenverzahnung bzw. Innenver­ zahnung versehen und sie sind mit dem jeweilig zugehörigen Kupplungsteil, nämlich entweder dem Gehäuse 2 oder der Nabe 4 drehfest verbunden. Beide stützen sich axial je­ weils an Fixierringen 21 ab. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Bereich der Aufnahmekammer 23 größenmäßig konstant bleiben kann. Zwischen den Trennlamellen 18, 19 ergeben sich aufgrund der verzahnten Bereiche, mit denen sie in den entsprechenden Verzahnungen 14, 15 des Gehäuses 2 und der Nabe 4 aufgenommen sind, sowie ebenfalls zwischen den beiden zueinander beabstandeten Trennlamellen 18, 19 Spal­ te, so daß Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl, mit der der Gehäuseinnenraum 11 zumindest teilweise gefüllt ist, zwischen den Kammern 22, 23 übertreten kann. Dies gilt auch dann, wenn die in den Trennlamellen 18, 19 vorgesehenen Durchbrüche 24 durch den Verschlußschieber 25 abgedeckt sind.

Aus den Fig. 2 und 3 ist die Ausbildung der Durchbrüche 24 und die Führung des Schiebers 25 anhand einer Trenn­ lamelle 18 näher beschrieben. Aus Fig. 2 ist erkenntlich, daß die Trennlamelle 18 auf ihrem Außenumfang ebenfalls mit einer Außenverzahnung 7 versehen ist, mit der sie in der Innenverzahnung 14 des Gehäuses 2 aufgenommen ist. Die Lamelle 18 besitzt umfangsverteilte Durchbrüche 24, von denen jedoch nur einer dargestellt ist. Bevorzugt sind drei Durchbrüche 24 vorgesehen. Die Durchbrüche 24 sind als Kreisringbogenausschnitte gestaltet und besitzen etwa eine Nierenform. Die Trennlamellen 18, 19 besitzen jeweils einen Verschlußschieber 25 je Durchbruch 24, welche in Führungen 26 radial bewegbar angeordnet sind. Die Führun­ gen 26 sind dazu als Schwalbenschwanzführungen gestaltet. Die Seitenflächen 25 a der Schieber 25 sind hierzu passend gestaltet. Die Schieber 25 werden über Zugfedern 27 in ihrer radial inneren Position, bei der sie den zugehörigen Durchbruch 24 abdecken, gehalten. Mit steigender Drehzahl wirkt auf den Verschlußschieber 25 eine Fliehkraft ein, die den Schieber 25 veranlaßt, sich radial nach außen zu bewegen und den zugehörigen Durchbruch 24 mehr oder minder freizugeben. Es wird somit ein mehr oder minder großer Durchgang zwischen der Hauptkammer 22 und der Aufnahmekam­ mer 23 bewirkt, sodaß gegenüber der Hauptkammer bei Sche­ rung ein Temperatur- und Druckausgleich erfolgt und damit verhindert wird, daß die axial beweglichen Lamellen, im vorliegenden Beispiel die Innenlamellen 8 in Reibkontakt zu den benachbarten Außenlamellen 7 überführt werden. Es wird ein Durchschalten verhindert, was eine 100%ige Wei­ terleitung des Antriebsmomentes auf die Abtriebsseite zur Folge hätte. Reduziert sich die Absolutdrehzahl, so wird der Verschlußschieber 25 wieder aufgrund der wirksamen Kraft der Feder 27 in die Ausgangslage, das ist die radial innere Position, zurückbewegt und verdeckt den zugehörigen Durchbruch 24.

In Fig. 4 ist ein sogenannter Torque-Splitter 5 darge­ stellt. Dies ist eine Flüssigkeitsreibungskopplung mit einem Gehäuse 2 und zwei darin unabhängig drehbar vonein­ ander gelagerten Naben 4. Dem Gehäuse 2 sind Außenlamellen 6 zugeordnet, während den beiden Naben 4 jeweils ein Satz von Innenlamellen 8 zugeordnet ist. Bei Antrieb beispiels­ weise des Gehäuses 2 wird aufgrund der Scherung des visko­ sen Mediums in den beiden gebildeten Hauptkammern 22 ein Drehmoment auf die beiden Naben 4 übertragen. Es sind zwei Aufnahmekammern 23 vorgesehen, die jeweils über zwei Trennlamellen 18, 19 von den beiden Hauptkammern 22 ge­ trennt sind. Die Ausbildung der Trennlamellen 18, 19 ent­ spricht der den anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen.

In Fig. 5 ist schließlich ein Antriebsschema für ein vierradgetriebenes Fahrzeug 28 dargestellt, das vom Grund­ konzept her als frontgetriebenes Fahrzeug ausgebildet ist. Die beiden Vorderräder 29 werden vom Motor 31 über das Hauptgetriebe 32 und das Vorderachsdifferential 33 sowie die vorderen Seitenwellen 34 angetrieben. Vom Antrieb des Vorderachsdifferentials 33 ist der Antrieb für die Hinter­ räder 30 abgezweigt. Hierzu ist dem Vorderachsdifferential ein Mittendifferential 35 zugeordnet, das beispielsweise mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung 1 gemäß Fig. 1 ausgestattet ist, wobei jedoch nur eine Trennlamelle, die Trennlamelle 18, vorgesehen ist. In einem solchen Fall wäre die Nabe 4 der angetriebene Teil, während das Gehäuse 2 den getriebenen Teil darstellt, der über eine Längswelle 37 mit dem Hinterachsdifferential 36 und über hintere Seitenwellen 38 mit den Hinterrädern 30 antriebsmäßig verbindbar ist. Das Hinterachsdifferential 36 kann bei­ spielsweise mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung ent­ sprechend Fig. 1 mit zwei Trennlamellen 18, 19 versehen sein, über welche das beispielsweise als Kegelraddifferen­ tial ausgebildete offene Differential sperrbar ist, wenn an einem der beiden Hinterräder ein Schlupf auftritt. An die Position des Hinterachsdifferentials 36 kann auch ein Torque-Splitter 5 entsprechend der Ausbildung Flüssig­ keitsreibungskupplung nach Fig. 4 eingesetzt werden, wobei jedoch dann das Mittendifferential 35 entbehrlich ist, da eine so ausgebildete Flüssigkeitsreibungskupplung sowohl die Funktion des Mittendifferentiales als auch des sperrbaren Hinterachsdifferentiales umfaßt (Fig. 6).

Für den Fall, daß bei der Ausgestaltung mit einem Mitten­ differential 35 die beiden positiv angetriebenen Vorder­ räder 29 des Kraftfahrzeuges 28 sich auf einem Untergrund mit geringerem Haftbeiwert befinden als die Hinterräder 30, wird in der Flüssigkeitsreibungskupplung 1 des Mitten­ differentials 35 in der Hauptkammer 22 das viskose Medium zwischen den Außenlamellen 6 und den Innenlamellen 7 ge­ schert und damit ein Drehmoment über die Längswelle 37 und das Hinterachsdifferential 36 und die hinteren Seiten­ wellen 38 auf die Hinterräder 30 übertragen. Bei hoher Vortriebsgeschwindigkeit des Fahrzeuges könnte es jedoch hinderlich sein, wenn die Hinterräder aufgrund unter­ schiedlichen Haftbeiwertes plötzlich in den Modus der Drehmomentübertragung überführt würden, da bei der hohen Absolutdrehzahl eine schnelle Überführung in den Hump-Mo­ dus eintritt, welcher die Fahrstabilität beeinflussen kann. Aus diesem Grunde erfolgt die Abschaltung der Kupp­ lung beziehungsweise die Reduzierung deren Drehmoment­ übertragungsfähigkeit auf ein Maß, das je nach Auslegung dem normalen Viskosemoment entspricht, zumindest aber eine reduzierte Weiterleitung des Antriebsmomentes bewirkt.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem Gehäuse als einem Kupplungsteil und mindestens einer darin drehbar aufgenommenen Nabe als weiteren Kupplungsteil, mit einer der Anzahl der Kupplungsteile entsprechenden Anzahl von Lamellensätzen, die jeweils mit einem der Kupp­ lungsteile drehfest verbunden sind und deren Lamellen in einer bestimmten Folge abwechselnd in einem die Hauptkammer bildenden Teil des Innenraumes des Ge­ häuses angeordnet sind und zusätzlich eine Aufnahme­ kammer für das den von Lamellen nicht besetzten Innen­ raum zumindest teilweise füllende viskose Medium vor­ gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von Lamellen (6, 8) besetzte Hauptkammer (22) des Innenraumes (11) des Gehäuses (2) von der Auf­ nahmekammer (23) durch mindestens eine einem Kupp­ lungsteil (2, 4) zugeordnete Trennlamelle (18, 19) ge­ trennt ist, welche in ihrer Ringfläche mit min­ destens einem axialen, über einen Verschluß (25) bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl geöffneten Durchbruch (24) zwischen der Hauptkammer (22) und der Aufnahmekammer (23) versehen ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kupplungsteil (2, 4) eine Trennlamelle (18, 19) zugeordnet ist.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von drei Durchbrüchen (24) vorgesehen ist, die umfangsverteilt angeordnet sind.

4. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß als Verschlußschieber (25) ausgebil­ det ist, der in einer Führung (26) der Trennlamelle (18, 19) zwischen einer radial inneren und einer radial äußeren Position radial bewegbar geführt und in Rich­ tung der radial inneren Position, den zugehörigen Durchbruch (24) abdeckend, von einer Feder (27) beauf­ schlagt ist.

5. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Feder (27) und Verschlußschieber (25) so aufeinan­ der abgestimmt sind, daß der Verschlußschieber (25) ab einer bestimmten Drehzahl in die radial äußere Positi­ on bewegbar ist.

6. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (26) als Schwalbenschwanzführung in der Ringfläche (20) der Trennlamelle (18, 19) ausgebil­ det ist, zu welcher die Seitenflächen (25 a) des Ver­ schlußschiebers (25) passend ausgebildet sind.