DE3937725A1 - Viskositaetskupplung - Google Patents
ViskositaetskupplungInfo
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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 (5)
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.
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