DE3937725A1

DE3937725A1 - Viskositaetskupplung

Info

Publication number: DE3937725A1
Application number: DE3937725A
Authority: DE
Inventors: Masao Teraoka
Original assignee: Tochigi Fuji Sangyo KK
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1990-05-31
Also published as: DE3937725C2; US4962837A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Viskositätskupplung und insbesondere eine Viskositätskupplung, deren Übertragungsdrehmoment einstellbar ist, wenn ein erstes Drehteil axial relativ zu einem zweiten Drehteil bewegt wird, so daß die Überlappungs- und Zwischenraumzustände zwischen der ersten und zweiten Widerstandszylinderanordnung sich innerhalb einer Arbeitskammer ändern, die mit einem viskosen Fluid gefüllt ist.

Ein Beispiel von Viskositätskupplungen vom Typ mit einander überlagernden Widerstandszylindern, deren Übertragungsdrehmoment eingestellt werden kann, ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung 62-1 06 130, wie in Fig. 1(A) dargestellt, gezeigt. In der Zeichnung enthält eine Antriebs- oder Eingangsseite eine Eingangswelle 101, eine gleitbare Hülse 102, die über eine Gleitfeder- oder Keilprofilkupplung mit der Eingangswelle 101 gekuppelt ist, so daß sie in axialer Richtung derselben relativ zu der Eingangswelle 101 gleitbar ist, einen Flanschabschnitt 103, der an der gleitbaren Hülse 102 befestigt oder integral mit dieser ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von antriebsseitigen Widerstandszylindern 104 von unterschiedlichen Durchmessern, die radial zueinander beabstandet koaxial an dem Flanschabschnitt 103 befestigt sind. Eine angetriebene oder Abtriebsseite enthält ein Gehäuse 105, eine erste Seitenwand 106, die an einem Ende des Gehäuses 105 befestigt ist, so daß sie drehbar und axial relativ zu der gleitbaren Hülse 102 gleitbar ist, eine zweite Seitenwand 107, die am anderen Ende des Gehäuses 105 befestigt ist, so daß sie drehbar und axial relativ zu der gleitbaren Hülse 102 gleitbar ist, und eine Mehrzahl von abtriebsseitigen Widerstandszylindern 108 von unterschiedlichen Durchmessern, die an der zweiten Seitenwand 107 koaxial und radial zueinander beabstandet befestigt sind, derart, daß sie überlappend mit kleinen radialen Abständen zwischen die antriebsseitigen Widerstandszylinder 104 greifen. Außerdem ist das Gehäuse 105 mit einem viskosen Fluid mit hoher Viskosität gefüllt.

Wenn daher die gleitbare Hülse 102 in axialer Richtung bewegt wird, ist es möglich, den Viskositätskupplungszustand einzustellen, d.h. ein Drehmoment einzustellen, das durch eine Scherkraft in dem Fluid zwischen den antriebsseitigen und abtriebsseitigen Widerstandszylindern 104 und 108 erzeugt wird, da die antriebsseitigen Widerstandszylinder 107, die an der gleitbaren Hülse 102 befestigt sind, relativ zu dem Gehäuse 105 gleitverschoben werden.

Bei der vorerwähnten Viskositätskupplung nach dem Stand der Technik wird der Überlappungszustand der beiden Zylindersätze, der antriebsseitigen Widerstandszylinder 104 und der abtriebsseitigen Widerstandszylinder 108 verändert, um das Drehmoment, das von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite übertragen wird, einzustellen. Mit anderen Worten wird ein Hub der Gleithülse 102 relativ zu dem Gehäuse 105 eingestellt, um das Drehmoment einzustellen. Um daher einen ausreichend (großen) einstellbaren Bereich der Drehmomentübertragung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite zu erhalten, ist ein verhältnismäßig langer Hub der Gleithülse 102 erforderlich und daher ist eine verhältnismäßig große axiale Länge der Widerstandszylinder 104 und 108 unvermeidlich erforderlich, wodurch die Schwierigkeit entsteht, daß die Größe der Viskositätskupplung zunimmt und daher die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. Arbeitsgeschwindigkeit der Kupplung in Abhängigkeit von einem Steuersignal sich vermindert oder für die Betätigungseinrichtung eine große Energie erforderlich ist, um die Arbeitsgeschwindigkeit zu verbessern.

Ein weiteres Beispiel einer Viskositätskupplung von der Art miteinander überlappenden Widerstandszylindern mit einstellbarem Übertragungsdrehmoment ist in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 62-32 232, wie in Fig. 1 dargestellt, gezeigt. Diese Viskositätskupplung ist so gestaltet, daß sie als eine Differentialbegrenzungsvorrichtung, eingesetzt in einem zentralen Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb verwendbar ist. In der Zeichnung ist ein erstes Gehäuse 111 in einer Gleitfeder- oder Keilnutkupplung mit einer Vorderrad-Antriebswelle (nicht gezeigt) des Zentraldifferentiales gekuppelt und ein zweites Gehäuse 112 ist mit einer Gleitfeder- oder Keilnutkupplung mit einer Hinterrad-Antriebswelle (nicht gezeigt) des Zentraldifferentiales gekuppelt, so daß es relativ zu dem ersten Gehäuse 111 drehbar ist. In gleicher Weise ist eine Arbeitskammer 113 zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 111 und 112 ausgebildet und mit einem viskosen Fluid gefüllt. Innerhalb der Arbeitskammer 113 ist eine Mehrzahl von ersten Widerstandszylindern 114 von unterschiedlichen Durchmessern an dem ersten Gehäuse 111 koaxial und radial zueinander beabstandet angeordnet, und eine Mehrzahl von zweiten Widerstandszylindern 115 mit unterschiedlichen Durchmessern ist an dem zweiten Gehäuse 112 koaxial und radial zueinander beabstandet angeordnet, derart, daß die zweiten Zylinder mit kleinen radialen Zwischenräumen überlappend zwischen die ersten Widerstandszylinder 115 greifen. Das Merkmal dieser Viskositätskupplung besteht darin, daß die Widerstandszylinder 114 und 115 so ausgebildet sind, daß die radiale Wanddicke jedes Widerstandszylinders sich allmählich von dem befestigten Ende zu seinem freien Ende vermindert. Da das erste Gehäuse 111 mit einer Vorderrad-Antriebswelle gekuppelt ist und das zweite Gehäuse 112 mit einer Hinterrad-Antriebswelle gekuppelt ist, rotieren beide mit gleicher Geschwindigkeit, wenn das Fahrzeug auf einer befestigten Straße fährt und es wird kein eine Drehzahldifferenz begrenzendes Drehmoment zwischen den beiden Gehäusen 111 und 112 erzeugt.

Wenn das Fahrzeug auf einer schlammigen Straße fährt oder durch eine Kurve fährt, d.h. wenn sich der Straßenbelag und die Fahrbedingungen ändern, wird eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Gehäusen 111 und 112 erzeugt. Daher unterliegt das viskose Fluid innerhalb der Arbeitskammer 113 durch die ersten und zweiten Widerstandszylinder 114 und 115 einer Scherung, so daß ein Drehmoment von dem ersten Gehäuse 111 auf das zweite Gehäuse 112, oder umgekehrt, übertragen wird.

Wenn das Übertragungsdrehmoment zwischen den beiden Gehäusen je nach Notwendigkeit eingestellt werden soll, wird eine Betätigungseinrichtung 116 betätigt, um einen Schwenkhebel 117 zu schwenken, so daß das zweite Gehäuse 112 auf das erste Gehäuse 111 zu oder von diesem wegbewegt wird. Wenn das zweite Gehäuse 112 einstellbar relativ zu dem ersten Gehäuse 111 bewegt wird, ändert sich der Scherwiderstand des viskosen Fluides, da der radiale Spalt t ₁ zwischen den ersten und zweiten Widerstandszylindern 114 und 115 und ebenso der Überlappungszustand der beiden Zylinder 114 und 115 geändert wird, und daher wird das Übertragungsdrehmoment eingestellt. Wie oben erläutert, wird das Differenzbegrenzungsdrehmoment des zentralen Differentialgetriebes entsprechend den Straßenbedingungen und den Fahrbedingungen eingestellt, um einen sicheren Fahrantriebszustand für das Fahrzeug zu gewährleisten.

Da jedoch der radiale Querschnitt jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinder 114 und 115 bei der vorerwähnten zweiten Viskositätskupplung nach dem Stand der Technik in eine Dreiecksform gebracht werden muß, so daß die radiale Wanddicke der Zylinder sich allmählich von dem befestigten Ende zu dem jeweiligen freien Ende jedes Zylinders vermindert, besteht eine weitere Schwierigkeit darin, daß es schwierig ist, die vorerwähnten Widerstandszylinder 114 und 115 mit einem dreieckigen Radialquerschnitt herzustellen und daher die Herstellungskosten einer solchen Kupplung unvermeidlich ansteigen.

Unter Berücksichtigung dieser Probleme besteht daher ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Viskositätskupplung zu schaffen, deren Übertragungsdrehmoment in weitem Rahmen durch Gleitverlagerung eines gleitbaren Teiles bei einem verhältnismäßig kurzen Hub einstellbar ist, ohne daß die Kupplungsgröße und die Herstellungskosten ansteigen.

Um das vorerwähnte Ziel zu erreichen, weist die Viskositätskupplung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß auf: (a) ein erstes Drehteil (17), (b) ein zweites Drehteil (20), das drehbar und relativ zu dem ersten drehbaren Teil gleitbar angeordnet ist, um so eine Arbeitskammer (24) zu bilden, die mit einem viskosen Fluid gefüllt ist, (c) eine erste Zylinderanordnung (25, 65), die eine Mehrzahl von ersten Widerstandszylinderteilen von unterschiedlichem Durchmesser aufweist, die koaxial an dem ersten drehbaren Teil innerhalb der Arbeitskammern befestigt sind, wobei die radiale Dicke jedes der ersten Widerstandszylinder sich stufenweise über seine axiale Länge ändert, (d) eine zweite Zylinderanordnung (26, 66), die eine Mehrzahl zweiter Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die koaxial an dem zweiten drehbaren Teil innerhalb der Arbeitskammer befestigt sind, wobei die radiale Dicke jedes der zweiten Widerstandszylinder sich stufenweise über seine axiale Erstreckung ändert, die ersten und zweiten Widerstandszylinderteile miteinander in radial zueinander beabstandeter und axial relativ zueinander gleitverschieblicher Weise miteinander in Eingriff sind, so daß sie einander überlappen und sich die Spalteverhältnisse zwischen den ersten und zweiten Widerstandszylinderteilen sich stufenweise ändern und daher die Viskositätskupplungszustände sich stufenweise innerhalb der Arbeitskammer ändert, wenn das erste und zweite drehbare Teil axial relativ zueinander bewegt werden.

Nach einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern auf: (a) ein in axialer Richtung sich erstreckendes langes Zylinderteil (25 a, 26 a), und (b) ein in axialer Richtung kurzes Zylinderteil (25 b, 26 b), das mit einer inneren Umfangsfläche des in axialer Richtung langen Zylinderteiles verbunden ist, so daß eine radiale Dicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem befestigten Ende zu einem freien Ende des Widerstandszylinderteiles zunimmt.

Gemäß einem zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern auf: (a) ein sich in axialer Richtung erstreckendes langes Zylinderteil (31 a, 32 a), (b) ein erstes, in axialer Richtung kurzes Zylinderteil (31 b, 32 b), das mit einer inneren Umfangsfläche des in axialer Richtung langen Zylinderteiles verbunden ist, und (c) ein zweites, in axialer Richtung kurzes Zylinderteil (31 c, 32 c), das mit einer äußeren Umfangsfläche des in axialer Richtung langen Zylinderteiles verbunden ist, so daß eine radiale Dicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem festen Ende zu einem freien Ende des Zylinderteiles zunimmt.

Gemäß einem bevorzugten, dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern auf: (a) ein axial langes Zylinderteil (41 a, 42 a), (b) ein axial mittleres Zylinderteil (41 b, 42 b), das mit einer inneren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles verbunden ist, und (c) ein axiales kurzes Zylinderteil (41 c, 42 c), das mit einer inneren Umfangsfläche des axial mittleren Zylinderteiles verbunden ist, so daß eine radiale Dicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem festen Ende zu einem freien Ende des Zylinderteiles zunimmt. In einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern auf ein zylindrisches Teil (65 a, 66 a), versehen mit einer Mehrzahl von Schlitzen, die in Umfangs- und Axialrichtung des Zylinderteiles angenommen sind, so daß sich im wesentlichen die Dicke des Widerstandszylinderteiles teilweise stufenweise von einem festen Ende zu einem freien Ende desselben entlang seiner axialen Erstreckung ändert.

Wenn das erste Drehteil sich relativ zu dem zweiten Drehteil dreht, wird in der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung ein Drehmoment zwischen den beiden drehbaren Teilen übertragen, da das viskose Fluid innerhalb der Arbeitskammer einer Scherung unterworfen wird. Um das Übertragungsdrehmoment einzustellen, wird das erste Drehteil axial relativ zu dem zweiten Drehteil bewegt. Da jeder Widerstandszylinder so ausgebildet ist, daß seine radiale Dicke sich stufenweise in axialer Richtung ändert, ist es in diesem Fall möglich, nicht nur den Überlappungszustand stufenweise zu ändern, sondern auch den Spaltzustand zwischen den ersten und zweiten Widerstandszylinderanordnungen, so daß ein großer einstellbarer Bereich für das Übertragungsdrehmoment zwischen den beiden drehbaren Teilen trotz eines verhältnismäßig kurzen Hubes einstellbar ist, ohne daß die Kupplungsgröße und die Herstellungskosten sich erhöhen.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

Fig. 1(A) eine Längsschnittdarstellung, die eine Viskosi tätskupplung nach einem ersten Beispiel des Standes der Technik zeigt,

Fig. 1(B) eine Längsschnittdarstellung einschließlich eines Blockdiagrammes, die eine Viskositäts- Kupplung nach einem zweiten Beispiel des Stan des der Technik zeigt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Unterstützung der Erläuterung eines Antriebsübertragungs systems für ein Kraftfahrzeug mit Vierrad antrieb, in dem die Kupplung nach der vorlie genden Erfindung verwendet ist,

Fig. 3(A) eine Längsschnittdarstellung, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Überlappungsstrecke der beiden Widerstands zylinder kurz ist, um eine verhältnismäßig kleine Scherkraft zu bilden,

Fig. 3(B) eine Längsschnittdarstellung des ersten Ausfüh rungsbeispieles der Erfindung, in der die Über lappungsstrecke groß ist, um eine verhältnis mäßig große Scherkraft zu erzeugen,

Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung, die ein drittes Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 6(A) einen Halblängsschnitt eines vierten Ausfüh rungsbeispieles der Viskositätskupplung nach der vorliegenden Erfindung, in der die Über lappungsstrecke der beiden Widerstandszylinder lang ist, um eine verhältnismäßig große Scher kraft zu erzeugen,

Fig. 6(B) eine ähnliche Längsschnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, in der die Überlappungsstrecke kurz ist, um eine verhältnismäßig kleine Scherkraft zu erzeugen, und

Fig. 7 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung, die einen Widerstandszylinder zeigt.

Zuerst wird als ein Beispiel ein Antriebsübertragungssystem eines Kraftfahrzeuges erläutert, in dem die Kupplung nach der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Die Viskositätskupplung wird zwischen einer Vorderrad-Antriebswelle und einer Hinterrad-Antriebswelle eines Kraftfahrzeuges mit Vierradantrieb kuppelnd eingesetzt, wobei der Vierradantrieb auf einem Frontantrieb mit vorne liegendem Motor basiert, wie dies z.B. in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Drehmoment, das von einer Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird, wird zu einem Getriebe 3 über eine Kupplung 2 übertragen. Das übertragene Drehmoment wird außerdem von einem Antriebsritzel 4 des Getriebes 3 über ein Ringritzel 5 auf ein vorderradseitiges Differentialgetriebe 6 und anschließend auf eine Vorderrad- Antriebswelle 7 übertragen, bestehend aus einer linken Radantriebs- oder Halbwelle 7 a und einer rechten Radantriebswelle- oder Halbwelle 7 b. Ein Drehmoment, das auf ein Differentialgehäuse 8 des Differentialrades 6 übertragen wird, wird anschließend auf ein Antriebsgetriebezahnrad 9 übertragen und dessen Drehmomentrichtung wird um einen rechten Winkel durch eine Richtungswechselgetriebeanordnung 10 a einer Übertragung 10 geändert. Das Drehmoment, dessen Richtung geändert wurde, wird über die Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung auf eine Kardanwelle 12 übertragen. Das übertragene Drehmoment wird von einem Antriebsritzel 13 zu einem hinterradseitigen Differentialgetriebe 15 über ein Ringritzel 14 übertragen und anschließend auf eine Hinterrad-Antriebswelle 16 übertragen, bestehend aus einer linken Radantriebs- oder Halbwelle 16 a und einer rechten Radantriebs- oder Halbwelle 16 b.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A) und 3(B) erläutert. Die Kupplung 100 umfaßt ein erstes Drehteil 17, das durch eine Gleitfeder- oder Keilnutkupplung mit einer Abtriebs-(Antriebs-)Welle der Übertragung 10 gekuppelt ist und ein zweites Drehteil 20, das drehbar durch das erste Drehteil 17 gelagert ist. Das erste Drehteil 17 besteht aus einem zentralen Hohlwellenabschnitt 18, in den die Ausgangswelle der Übertragung 10 gleitfeder- oder keilnutgekuppelt ist, und einem Flanschabschnitt 19, der an dem zentralen Hohlwellenabschnitt 18 befestigt oder integral einstückig mit diesem ausgebildet ist. Das zweite Drehteil 20 besteht aus einem zylindrischen Wellenabschnitt 21, der drehbar und gleitbar auf die äußere Umfangsfläche des zentralen Hohlwellenabschnittes 18 über ein Dichtungsteil 21 A aufgesetzt ist, einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 22, der koaxial an dem zylindrischen Wellenabschnitt 21 befestigt oder integral einstückig mit diesem ausgebildet ist, und einem ringförmigen Seitenwandabschnitt 23, der über Dichtungsteile 23 A und 23 B zwischen dem Hohlwellenabschnitt 18 und dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 22 drehbar und gleitbar angeordnet ist. Die beiden Drehteile 17 und 20, d.h. das erste und zweite Drehteil 17 und 20, können um eine Mittelachslinie des Hohlwellenabschnittes 18 gedreht und entlang dieser Axialmittellinie relativ zueinander gleitverschoben werden. Außerdem ist eine Arbeitskammer 24 durch den zylindrischen Wellenabschnitt 21, den zylindrischen Gehäuseabschnitt 22, den ringförmigen Seitenwandabschnitt 23 und den zentralen Hohlwellenabschnitt 18 gebildet, die mit einem viskosen Fluid, wie z.B. Silikonöl, gefüllt ist. Außerdem ist eine Ringlagerplatte 27 an der Innenfläche des zylindrischen Wellenabschnittes 21 des zweiten Drehteiles 20 mit Schrauben 27 A befestigt, so daß sie dem Flanschabschnitt 19 des ersten Drehteiles 17 gegenüberliegt, das axial gleitbar innerhalb der Arbeitskammer 24 angeordnet ist.

Innerhalb der Arbeitskammer 24 ist eine erste Zylinderanordnung 25 an der Innenfläche des Flanschabschnittes 19 befestigt und eine zweite Zylinderanordnung 26 ist an der Innenfläche der Ringlagerplatte 27 befestigt. Die erste Zylinderanordnung 25 besteht aus einer Mehrzahl, in Fig. 3 sechs, erster Widerstandsteile von unterschiedlichen Durchmessern, befestigt koaxial und radial beabstandet zueinander an der Innenfläche des Flanschabschnittes 19. Jeder der ersten Widerstandszylinderteile besteht aus einem axial langen, außenseitigen Zylinderteil 25 a und einem axial kurzen, innenseitigen Zylinderteil 25 b. Das kurze Zylinderteil 25 b ist an der inneren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles 25 a befestigt, so daß die radiale Wanddicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von dem festen Ende T ₁ zu dem freien Ende T ₂ des Widerstandszylinderteiles zunimmt.

In gleicher Weise besteht die zweite Zylinderanordnung 26 aus einer Mehrzahl, in Fig. 3 sechs, zweiter Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern, die koaxial und radial beabstandet zueinander an einer Innenoberfläche der Ringlagerplatte 27 befestigt sind, so daß sie jeweils zwischen zwei der ersten Widerstandszylinderteile eingesetzt sind bzw. eingreifen und mit diesen in Eingriff sind. Jedes der zweiten Widerstandszylinderteile besteht aus einem axial langen, außenseitigen Zylinderteil 26 a und einem axial kurzen, innenseitigen Zylinderteil 26 b. Das kurze Zylinderteil 26 ist an der Innenumfangsfläche des langen Zylinderteiles 26 a befestigt, so daß die radiale Wandstärke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von dem befestigten Ende T ₃ zu dem freien Ende T ₄ des Widerstandszylinderteiles zunimmt.

Da außerdem die ersten und zweiten Drehteile 17 und 22 axial relativ zueinander gleitbar sind, bewegt sich der Flanschabschnitt 19 des ersten Drehteiles 17 auf die Ringlagerplatte 27 des zweiten Drehteiles 20 zu oder von dieser weg. Um die relative Gleitbewegung zwischen den beiden drehbaren Teilen 17 und 20 zu erleichtern, ist der Flanschabschnitt 19 mit einer Mehrzahl von Verbindungsöffnungen 28 versehen, durch die das viskose Fluid strömt. Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 30 eine Schiebeeinrichtung, betätigt durch eine Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt), um das erste Drehteil 17 relativ zu dem zweiten Drehteil 20 gleitzuverschieben. Außerdem wird das erste drehbare Teil 17 in die äußerste linke Endposition gleitverschoben, wenn die Verschiebungseinrichtung 30 in Kontakt mit der Außenfläche des Seitenwandabschnittes 23 gebracht ist, und wird in die rechte Endlage verschoben, wenn der Flanschabschnitt 19 in Berührung mit der Innenoberfläche des Seitenwandabschnittes 23 gebracht ist.

Die Wirkungsweise der Viskositätskupplung 10 a nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert.

Wenn das Fahrzeug geradeaus auf einer befestigten bzw. gepflasterten oder asphaltierten Straße fährt, wird, da die Drehzahl der Vorderräder im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige der Hinterräder und obwohl das Drehmoment des Motors 1 auf die Vorderrad-Antriebswelle 7 über das Getriebe 3 und anschließend auf die Übertragung 10 übertragen wird, kein Drehmoment über die Viskositätskupplung 100 von dem Übertrager 10 auf die Kardanwelle 12 übertragen, so daß das Fahrzeug im wesentlichen im Frontantriebszustand angetrieben wird. In diesem Fall drehen sich das erste und zweite Drehteil 27 der Kupplung 100 mit gleicher Geschwindigkeit.

Wenn sich das Fahrzeug auf einer schlammigen Straße bewegt, deren Reibungskoeffizient klein ist und daher die Vorderräder rutschen, wird, obwohl das erste Drehteil 17, gekuppelt mit der Vorderrad-Antriebswelle 7, direkt durch den Motor 1 angetrieben, der Vorderradschlupf erzeugt, da der Reibungskoeffizient (Widerstand der Vorderräder) klein ist, und daher ein kleines Drehmoment auf die rutschenden Vorderräder übetragen, die sich mit einer hohen Drehzahl drehen. Da andererseits die Hinterräder sich mit einer Drehzahl drehen, die niedriger ist als diejenige der Vorderräder, dreht sich das zweite Drehteil 20, das mit den Hinterräder 16 gekuppelt ist, ebenfalls mit einer Drehzahl, die niedriger ist als diejenige des ersten Drehteiles 17. Daher wird eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Drehteilen 17 und 20 erzeugt und daher dreht sich die zweite Zylinderanordnung 26, befestigt an dem zweiten Drehteil 20, mit einer Drehzahl, die niedriger ist als diejenige der ersten Zylinderanordnung 25, die an dem ersten Drehteil 17 befestigt ist. Da das Silikonöl zwischen der ersten und zweiten Zylinderanordnung 25 und 26 geschert wird, wird ein Drehmoment von dem ersten Drehteil 17 auf das zweite Drehteil 20 auf der Grundlage einer Scherkraft (Drehmoment), erzeugt durch die Viskositätskupplung 100, übertragen. Das übertragene Drehmoment wird weiter auf die Hinterräder über die Hinterrad-Antriebswelle 16 übertragen. Im Ergebnis dessen können die Hinterräder das Fahrzeug antreiben, dessen Vorderräder durch eine schlammige Straße Schlupf aufweisen und rutschen.

Wenn die beiden Drehteile 17 und 20 relativ zueinander entlang der zentralen Axialrichtung CL durch Betätigung der Verschiebungseinrichtung 30 bewegt werden, ändern sich die Überlappungs- und Spaltbedingungen zwischen der ersten und zweiten Zylinderanordnung 25 und 26. Im einzelnen, wenn sich die beiden, d.h. das erste und zweite Drehteil 17 und 20 miteinander in Eingriff befinden, wie dies in Fig. 3(A) gezeigt ist, weist die Überlappungsstrecke der beiden Widerstandszylinder 25 und 26 die Länge L ₁ auf und die Spaltbreite bzw. Breite des Zwischenraumes zwischen diesen Zylindern beträgt g ₁. Wenn jedoch das erste Drehteil 17 relativ zu dem zweiten Drehteil 19 nach links bewegt wird, wie dies in Fig. 3(B) dargestellt ist, nimmt die Überlappungsstrecke der Zylinder 25 und 26 von L ₁ auf L ₂ zu und die Spaltbreite zwischen den Zylindern nimmt teilweise von g ₁ auf g ₂ an jedem freien Ende der Widerstandszylinderteile ab. Da die Überlappungsstrecke zunimmt und die Spaltbreite teilweise abnimmt, nimmt daher dann, wenn die beiden Drehteile 17 und 20 so miteinander in Eingriff sind, wie dies in Fig. 3(B) gezeigt ist, die Scherkraft des Silikonöles durch die beiden Zylinderanordnungen 25 und 26 im Vergleich zu dem Fall, der in Fig. 3(A) gezeigt ist, zu, so daß ein höheres Drehmoment von dem ersten Drehteil 17, gekuppelt mit den Vorderrädern, auf das zweite Drehteil 20, gekuppelt mit den Hinterrädern, übetragen werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, das Übertragungsdrehmoment bzw. die Drehmomentübertragung der Viskositätskupplung 100 einzustellen, indem das erste Drehteil 17 einstellbar relativ zu dem zweiten Drehteil 20 entsprechend den Straßenoberflächen- und Fahrbedingungen gleitverschoben wird.

Wenn außerdem das Fahrzeug in eine Garage gebracht wird, ist es möglich, das sogenannte Bremsphänomen bei scharfen Kurven zu vermeiden, obwohl eine große Differenz in der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern erzeugt wird oder zwischen den rechten und linken Rädern erzeugt wird, da diese Differenz in der Drehzahl durch die Kupplung 100 absorbiert werden kann.

Da sowohl die Überlappungs- als auch die Spaltbedingungen zwischen der ersten und zweiten Zylinderanordnung 25 und 26 bei der Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung stufen- oder schrittweise eingestellt werden können, ist es möglich, einen großen, einstellbaren Bereich der Silikonöl-Scherkraft oder des Übertragungsdrehmomentes einzustellen, trotz eines verhältnismäßig kurzen Einstellhubes des ersten Drehteiles 17 relativ zu dem zweiten Drehteil 20, so daß die Größe der Viskositätskupplung im Vergleich zu der Kupplung aus dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 1(A) gezeigt ist, vermindert werden kann.

Außerdem kann die Spaltbreite zwischen den beiden Zylinderanordnungen 25 und 26 stufenweise durch Kombination bzw. Verbindung jedes axial langen, außenseitigen Zylinderteiles 25 a oder 26 a mit jedem axial kurzen, innenseitigen Zylinderteil 25 b und 26 b in solcher Weise eingestellt werden, daß ihre radiale Wanddicke stufenweise von dem befestigten Ende zu dem freien Ende abnimmt. Es ist daher möglich, den Herstellungsprozeß zu erleichtern und zu vereinfachen und daher die Herstellungskosten im Vergleich zu der Kupplung nach dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 1(B) gezeigt ist, und bei der jeder Widerstandszylinder im radialen Querschnitt eine dreieckige Form besitzt, zu vermindern.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht jedes der ersten Widerstandszylinderteile 31 aus einem axial langen Zwischenzylinderteil 31 a und zwei axial kurzen, innenseitigen und außenseitigen Zylinderteilen 31 b und 31 c derart, daß jedes lange Zylinderteil 31 a sandwichartig zwischen den beiden kurzen Zylinderteilen 31 b und 31 c eingeschlossen bzw. aufgenommen ist, indem das kurze Zylinderteil 31 b mit der äußeren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles 31 a und das kurze Zylinderteil 31 c mit der inneren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles 31 a verbunden wird, so daß die radiale Wanddicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von dem befestigten Ende zu dem freien Ende des Zylinderteiles zunimmt. In gleicher Weise besteht jedes der zweiten Widerstandszylinderteile 32 aus einem axial langen Zwischenzylinderteil 32 a und zwei axial kurzen, einem innenseitigen und einem außenseitigen, Zylinderteilen 32 b und 32 c, derart, daß jedes lange Zylinderteil 32 a sandwichartig zwischen den beiden kurzen Zylinderteilen 32 b und 32 c angeordnet ist, indem die kurzen Zylinderteile 32 b und 32 c mit der inneren bzw. äußeren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles 32 a verbunden werden, so daß die radiale Wanddicke stufenweise von dem befestigten Ende zu dem freien Ende des Zylinderteiles zunimmt.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht jeder der ersten Widerstandszylinderteile 41 aus einem axial langen, außenseitigen Zylinderteil 41 a, einem axial mittleren Zwischenzylinderteil 41 b und einem axial kurzen, innenseitigen Zylinderteil 41 c, derart, daß jeder Mittelzylinder 41 b sandwichartig zwischen den zwei anderen, dem langen und kurzen Zylinder 41 a und 41 c angeordnet ist. In gleicher Weise besteht jedes der zweiten Widerstandszylinderteile 42 aus einem axial langen, außenseitigen Zylinderteil 42 a, einem axial mittleren Zwischenzylinderteil 42 b und einem axial kurzen, innenseitigen Zylinderteil 42 c, derart, daß in jeder mittlere oder Zwischenzylinder 41 b sandwichartig zwischen den beiden anderen Zylindern, dem langen Zylinder 42 a und dem kurzen Zylinder 42 c angeordnet ist.

Die Fig. 6(A), 6(B) und 7 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Viskositätskupplung 100 nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht ein erstes Drehteil 51 als Eingangsseite aus einem Flanschabschnitt 51 a, befestigt mit Schrauben an einem Kupplungsgehäuse 55, gebildet durch eine ringförmige Endplatte 57, einem Zylinderteil 59, das an die ringförmige Endplatte 57 angeschweißt ist, und einer weiteren Ringendplatte 61, die ihrerseits an das Zylinderteil 59 angeschweißt ist. Ein zweites Drehteil 71 ist als Ausgangsseite drehbar und gleitbar über einen im Querschnitt X-förmigen Dichtungsring 67 auf das erste Drehteil 51 aufgesetzt. Ein Ringteil 72, versehen mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 72 A, ist in Gleitfeder- oder Keilnuteingriff mit Keilnutkeilen 75 in Eingriff, ausgebildet in einem Abschnitt 73 mit großem Durchmesser des zweiten Drehteiles 71 und außerdem mit diesen durch zwei Drahthalteklammern 74 befestigt, so daß es der Ringendplatte 61 gegenüberliegt.

Daher wird eine Arbeitskammer durch die Ringendplatte 57, das Zylinderteil 59, die Ringendplatte 61 und das zweite Drehteil 71 gebildet, die mit einem viskosen Fluid, wie z.B. Silikonöl, gefüllt ist.

Innerhalb der Arbeitskammer ist eine erste Zylinderanordnung 65 an der Innenfläche der Ringendplatte 61 befestigt und eine zweite Zylinderanordnung 66 ist an der Innenfläche des Ringteiles 72 befestigt. Die erste Zylinderanordnung 65 besteht aus einer Mehrzahl, in Fig. 6 sind es sechs, erster Widerstands-Kupplungszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern, die an der Innenfläche der Ringendplatte 61 des ersten Drehteiles 51 koaxial und radial zueinander beabstandet befestigt sind. In gleicher Weise besteht die zweite Zylinderanordnung 66 aus einer Mehrzahl, in Fig. 6 sind es fünf, zweiter Widerstands-Kupplungszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern, die an dem Ringteil 72 des zweiten Drehteiles 71 koaxial und radial zueinander beabstandet befestigt sind.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist jedes Widerstandszylinderteil mit einer Mehrzahl, in Fig. 7 sind es acht, von zylinderbogenförmigen Schlitzen 65 A oder 66 A versehen, die sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung jeweils erstrecken. D.h. die Umfangsfläche jedes Widerstandszylinderteiles ist unterteilt in zwei Zonen A, in denen sich ein Fenster befindet (d.h. die Wandstärke des Zylinders ist Null) und drei Zonen B, in denen sich kein Fenster befindet (d.h. in denen der Zylinder eine bestimmte Wanddicke aufweist), wobei Zonen A und B in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

Außerdem bezeichnet in Fig. 6(A) das Bezugszeichen 80 eine Verschiebungseinrichtung, um das zweite Drehteil 71 relativ zu dem ersten Drehteil 51 zu verschieben. Die Verschiebungseinrichtung 80 enthält einen Verschiebungsring 82, aufgesetzt auf das zweite Drehteil 71 und befestigt zwischen zwei Halteklammern 83, sowie ein Gabelteil 84, eingesetzt in den Verschiebungsring 82. Daher wird das zweite Drehteil 71 in die linke Endlage in Fig. 6(A) relativ zu dem ersten Drehteil 51 bewegt, wenn die Halteklammer 83 in Berührung gebracht wird, mit der äußeren Seitenoberfläche der Ringendplatte 61, und wird in die rechte Endlage gebracht, wenn der Schulterabschnitt des den großen Durchmesser aufweisenden Abschnittes 73 des zweiten Drehteiles 71 in Berührung mit der Innenseitenfläche der Ringendplatte 61 gebracht ist.

Außerdem wird die Verschiebungseinrichtung 80 manuell und automatisch durch eine Betätigungseinrichtung (nicht gezeigt), die durch eine weitere Vorrichtung angetrieben wird, oder in Abhängigkeit von einem Steuersignal angetrieben.

Die Arbeitsweise dieses vierten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend erläutert. Wenn das zweite Drehteil 71 in seine rechte Endlage bewegt ist, wie in Fig. 6(A) dargestellt, wird, da die beiden Zylinderanordnungen 65 und 66 mit einer maximalen Überlappungslänge L einander überlappen und außerdem zwei Vollmaterialzonen B der jeweils zwei benachbarten Widerstandszylinderteile, in denen sich keine Fensteröffnung befindet, miteinander überlappt sind, ein höheres Drehmoment zwischen den beiden Drehteilen 51 und 71 über das viskose Fluid übertragen. Unter diesen Bedingungen nimmt dann, wenn das zweite Drehteil 71 nach links bewegt wird, ein Übertragungsdrehmoment ab, da die Überlappungslänge zwischen jeweils zwei benachbarten Widerstandszylinderteilen sich vermindert. Wenn außerdem das zweite Drehteil 71 in die linke Endlage bewegt wird, wie es in Fig. 6(B) dargestellt ist, wird ein niedrigeres Drehmoment zwischen den beiden Drehteilen 51 und 71 übertragen, da die beiden Zylinderanordnungen 65 und 66 mit einer minimalen Überlappungslänge einander überlappen und da außerdem zwischen benachbarten Widerstandszylinderteilen die Fensterzone A mit einer Vollmaterialzone B des benachbarten Widerstandszylinderteiles überlappt.

Wie oben erläutert ist es möglich, das Übertragungsdrehmoment einzustellen, und zwar durch Gleitverschieben des zweiten Drehteiles 71 relativ zu dem ersten Drehteil 51, um die Überlappungslänge der fensterfreien Zonen B der benachbarten beiden Zylinderanordnungen 65 und 66 zu verändern.

In dem obigen Ausführungsbeispiel sind die Form, die Anzahl und die Anordnungsweise der Fensteröffnungen, ausgebildet in den Widerstandszylinderteilen nicht auf die Konfiguration begrenzt, die in Fig. 7 dargestellt ist. D.h. es ist möglich, rechteckige, quadratische, kreisförmige Fensteröffnungen u.dgl. in dem Widerstandszylinderteil auszunehmen. Außerdem ist es auch möglich, in den fensterfreien Zonen B des jeweiligen Widerstandszylinderteiles Durchgangsöffnungen vorzusehen, um das Übertragungsdrehmoment zu erhöhen. Außerdem ist es nicht notwendigerweise erforderlich, daß die Form und die Anzahl der Fensteröffnungen in den ersten Widerstandszylinderteilen mit denjenigen in den zweiten Widerstandszylinderteilen übereinstimmt.

Da bei der erfindungsgemäßen Viskositätskupplung jede der beiden Zylinderanordnungen aus Widerstandszylinderteilen gebildet ist, deren radiale Wanddicke sich stufenweise entlang ihrer axialen Erstreckung ändert und daher die Eingriffszustände (Überlappungslänge und Spaltebreite) jeweils zweier benachbarter Widerstandszylinderteile beträchtlich stufenweise bei einem kurzen Hub geändert werden können, ist es möglich, das Übertragungsdrehmoment innerhalb eines weiten Bereiches durch die Viskositätskupplung einzustellen, ohne daß die Größe und die Kosten der Kupplung zunehmen. Da außerdem der Verschiebungshub kurz ist, ist es möglich, Verschiebungsenergie einzusparen und daher die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Ansprechcharakteristik der Kupplungsbetätigung zu verbessern.

Um einen großen, einstellbaren Drehmomentübertragungsbereich bei kurzem Hub in einer Viskositätskupplung zu erreichen, ohne die Kupplungsgröße und die Herstellungskosten zu erhöhen, sind bei einer erfindungsgemäßen Viskositätskupplung, die ein erstes Drehteil und ein zweites Drehteil aufweist, das drehbar und relativ zu dem ersten Drehteil gleitbar ist, um eine Arbeitskammer zu bilden, die mit einem viskosen Fluid gefüllt ist, erste und zweite Zylinderanordnungen von unterschiedlichen Durchmessern koaxial fest an dem ersten bzw. zweiten Drehteil jeweils derart befestigt, daß eine radiale Dicke jedes der Widerstandszylinderteile sich stufenweise entlang der axialen Erstreckung der Zylinderteile ändert, um stufenweise die Überlappungs- und Spaltzustände, d.h. den Grad der Viskositätskupplung, zwischen der ersten und zweiten Zylinderanordnung zu verändern, wenn das erste Drehteil axial relativ zu dem zweiten Drehteil bewegt wird.

Claims

1. Viskositätskupplung, gekennzeichnet durch:

a) ein erstes Drehteil (17),
b) ein zweites Drehteil (20), das drehbar und relativ zu dem ersten Drehteil (17) gleitbar ist, so daß eine Arbeitskammer (24) gebildet wird, die mit einem viskosen Fluid gefüllt ist,
c) eine erste Zylinderanordnung (25, 65), die eine Mehrzahl erster Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die koaxial an dem ersten Drehteil (17) innerhalb der Arbeitskammer (24) befestigt sind, wobei eine radiale Dicke jedes der ersten Widerstandszylinderteile sich stufenweise entlang einer axialen Richtung derselben ändert,
d) eine zweite Zylinderanordnung (26, 66), die eine Mehrzahl zweiter Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die koaxial an dem zweiten Drehteil (20) innerhalb der Arbeitskammer (24) befestigt sind, wobei eine radiale Dicke jedes der zweiten Widerstandszylinderteile sich stufenweise entlang der axialen Richtung der Zylinderteile ändert, wobei die ersten und zweiten Widerstandszylinderteile miteinander in radial beabstandeter und axial zueinander gleitverschieblicher Weise in Eingriff sind, so daß Überlappungs- und Spaltbedingungen zwischen den ersten und zweiten Widerstandszylinderteilen sich stufenweise ändern und daher die Viskositätskupplungsbedingungen sich innerhalb der Arbeitskammer (24) stufenweise ändern, wenn das erste und zweite Drehteil (17, 20) axial relativ zueinander bewegt wird.

2. Viskositätskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist:

a) ein axial langes Zylinderteil (25 a, 26 a), und
b) ein axial kurzes Zylinderteil (25 b, 26 b), verbunden mit einer Innenumfangsfläche des langen Zylinderteiles (25 a, 26 a), so daß eine radiale Dicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem befestigten Ende zu einem freien Ende desselben zunimmt.

3. Viskositätskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist:

a) ein axial langes Zylinderteil (31 a, 32 a),
b) ein erstes, axial kurzes Zylinderteil (31 b, 32 b), verbunden mit einer inneren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles (31 a, 32 a), und
c) ein zweites, axial kurzes Zylinderteil (31 a, 32 c), verbunden mit einer äußeren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles (31 a, 32 a), so daß eine radiale Dicke des Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem befestigten Ende zu einem freien Ende desselben zunimmt.

4. Viskositätskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern aufweist:

a) ein axial langes Zylinderteil (41 a, 42 a),
b) ein axial mittleres Zylinderteil (41 b, 42 b), verbunden mit einer inneren Umfangsfläche des langen Zylinderteiles (41 a, 42 a), und
c) ein axial kurzes Zylinderteil (41 c, 42 c), verbunden mit einer inneren Umfangsfläche des mittleren Zylinderteiles (41 b, 42 b), so daß eine radial Dicke des jeweiligen Widerstandszylinderteiles stufenweise von einem befestigten Ende zu einem freien Ende desselben zunimmt.

5. Viskositätskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweite Widerstandszylinderteile von unterschiedlichen Durchmessern ein Zylinderteil (65 a, 66 a) aufweist, versehen mit einer Mehrzahl von Schlitzen (A), die in Umfangsrichtung und axialer Richtung der Zylinderteile (65 a, 66 a) sich erstrecken, so daß sich die Wanddicke des Widerstandszylinderteiles (65 a, 66 a) im wesentlichen teilweise stufenweise von einem befestigten Ende zu einem freien Ende entlang einer axialen Erstreckung des Zylinderteiles (65 a, 66 a) ändert.