DE3940259A1 - Viskokupplung fuer eine antriebsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Viskokupplung mit einem als Kupplungsgehäuse ausgebildeten ersten Kupplungsteil, einem als Kupplungsnabe ausgebildeten zweiten Kupplungsteil, mit mindestens zwei Sätzen von Kupplungslamellen, von denen der erste drehfest mit dem Kupplungsgehäuse und der/die zweite (n) drehfest mit der Kupplungsnabe und beide axial jeweils abwechselnd angeordnet sind, wobei mindestens ein Satz Kupplungslamellen begrenzt axial verschiebbar ist und der verbleibende Innenraum zumindest teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Druck der viskosen Flüssigkeit über einen steuerbaren, aus einer Kolben-Zylinder-Einheit bestehenden Druckgeber vorgebbar ist.

Eine Viskokupplung mit einer Pumpe zur Förderung des viskosen Mediums ist aus der GB 22 02 602 A bekannt.

Die in der Patenschrift beschriebene Ausführung sieht eine Kolbenpumpe vor, die eine Veränderung des Innendrucks in der Viskokupplung ermöglicht, wobei der maximale Druck und der vorgebbare Druck durch zwei Regelventile einstellbar sind. Ein Nachteil dieser Ausführung liegt zum Beispiel in einer zunehmenden Verschmutzung der viskosen Flüssigkeit durch den Abrieb der Kupplungslamellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Viskokupplung so weiter auszugestalten, daß die durch die Reibung der Lamellen anfallenden Abriebspartikel aus dem Kupplungsgehäuse ausgespült werden und gleichzeitig eine Kühlung der viskosen Flüssigkeit bei hoher Beanspruchung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Viskokupplung mit einem Ablaufkanal, welcher über ein Absperrventil zur Druckbeaufschlagung verschließbar und zu einem Vorratsbehälter führenden Zulaufkanal sowie einer Spülpumpe ausgestattet ist und daß der Innenraum der Viskokupplung während des druckfreien Zustandes wenigstens zeitweise mit der Spülpumpe verbunden ist.

Durch den Zu- und Ablaufkanal wird über die Spülpumpe ein Durchspülen des Innenraumes der Viskokupplung ermöglicht.

Damit keine Beeinträchtigung der Funktion der Viskokupplung eintritt, wird die Spülung nur im nicht druckbeaufschlagten Zustand der Viskokupplung durchgeführt. Aus diesem Grund kann der Zulaufkanal durch ein Absperrventil gesperrt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Zuführung der Flüssigkeit zum Spülen der Viskokupplung von der Spülpumpe in die Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt durch deren Kolben bei Druckbeaufschlagung die Zuführung gesperrt ist.

Durch diese Lösung wird der Zulauf der Spülpumpe bei Druckbeaufschlagung durch den Weg des Kolbens selbsttätig gesperrt und die Funktion der Viskokupplung aufrecht erhalten.

Vorzugsweise kann die Spülpumpe als Flügelzellenpumpe oder Schlauchpumpe ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch die Vereinigung mit der Spülpumpe zu einer Baueinheit wobei der Antrieb der Spülpumpe aus der Differenzdrehzahl zwischen den Kupplungslamellen der An- und Abtriebsseite abgeleitet und die Baueinheit von einem Vorratsbehälter umschlossen ist.

Durch die Kombination der Viskokupplung mit der Spülpumpe wird die gesamte Baueinheit innerhalb eines Vorratsbehälters angeordnet und ermöglicht den vielfältigen Einsatz in einer Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges.

Zur Kühlung der viskosen Flüssigkeit ist in einem weiteren Unteranspruch vorgesehen, daß der Flüssigkeitsstrom durch einen Durchlaufkühler geleitet wird.

Zweckmäßigerweise liegt der Flüssigkeitsspiegel im Vor­ ratsbehälter unterhalb der Durchtrittsöffnungen für den An- und den Abtrieb der Baueinheit aus Viskokupplung und Spülpumpe. Hierdurch ist gewährleistet, daß trotz fehlen­ der Durchführung eine einfache Regel- bzw. Steuermöglich­ keit für die Viskokupplung besteht und keine hohen Anfor­ derungen an die Abdichtung des Kupplungshäuses gegenüber der Kupplungsnabe gestellt werden.

Zwei Ausführungsbeispiele für eine solche Viskokupplung mit Spülpumpe und die entsprechenden Prinzipskizzen sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt: Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Erfindung,

Fig. 2 ein Prinzip nach Fig. 1 mit einem zusätz­ lichen Durchlaufkühler,

Fig. 3 eine mögliche Ausführung der Kolben-Zylinder-Einheit mit Zulaufkanal,

Fig. 4 eine mögliche Ausführung der Spülpumpe als Schlauchpumpe,

Fig. 5 eine Ausführung der Viskokupplung nach der Erfindung, bei der die Spülpumpe in der Viskokupplung integriert ist.

Fig. 6 eine weitere Ausführung der Viskokupplung mit integrierter Spülpumpe.

In der Fig. 1 und 2 wird das Prinzip der Erfindung durch einen skizzierten Flüssigkeitskreislauf dargestellt. Eine Viskokupplung 1 ist über eine Kolben-Zylinder-Einheit 2 mit einer Spülpumpe 3 verbunden. Die Zulaufleitung 4 der Spülpumpe 3 ist an den Vorratsbehälter 5 angeschlossen, aus welchem die viskose Flüssigkeit gesaugt wird. Durch die Spülpumpe 3 und über die Kolben-Zylinder-Einheit 2 sowie die Verbindungsleitung 6, 7 gelangt die viskose Flüssigkeit in den Innenraum der Viskokupplung 1. Ein Überdruck in der Viskokupplung 1 wird durch eine weitere Verbindungsleitung 8, 9 zwischen Viskokupplung 1 und Vorratsbehälter 5 vermieden, wobei über ein Absperrventil 10 eine Sperrung vorgenommen werden kann. Eine Sperrung der Verbindungsleitung 8, 9 ist immer dann erforderlich, wenn ein Drehmoment durch die Viskokupplung 1 übertragen werden soll und der Innendruck durch die Kolben-Zylinder-Einheit 2 erhöht wird. Gleichzeitig wird bei Druckbeaufschlagung der Viskokupplung 1 der Zulauf der Spülpumpe 3 durch die Kolben-Zylinder-Einheit 2 gesperrt, so daß die Funktion der Viskokupplung 1 voll gewährleistet ist.

In der Fig. 2 ist zur Kühlung der viskosen Flüssigkeit ein Durchlaufkühler 11 zwischen Spülpumpe 3 und Kolben-Zylinder-Einheit 2 vorgesehen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Einheit 2 dargestellt. Die Dichtung zwischen Innenraum der Viskokupplung 1 und der Kolben-Zylinder-Einheit 2 besteht aus einer napfförmigen Manschette 12. Der Ringraum 13 ist durch Axialbohrungen 14 mit der druckseitigen Kolbenfläche 15 verbunden. Die napfförmige Manschette 12 weist einen Boden und einen Manschettenrand 16 auf. Zwischen dem Außenboden 17 der Manschette 12 und der druckseitigen Kolbenfläche 15 ist eine Federscheibe 18 angeordnet. Die Manschette 12 wird durch eine Feder 19, die sich einenends an der Bodenfläche 20 des Zylinderraumes 21 und anderenends an dem Innenboden 22 der Manschette 12 abstützt in Anlage zur Federscheibe 18 gehalten. Gleichzeitig dient die Feder 19 zur Zurückbewegung des Kolbens 23 in seine Ausgangsstellung in Anlage zum Anschlagring 24. Die Federscheibe 18 ist getellert und wirkt auf den äußeren Rand der Manschette 12 ein. Bei Abbau der Kraftbeaufschlagung des Kolbens 23 in Pfeilrichtung A werden die Dichtlippen, d. h. der Manschettenrand 16 unter der Mithilfe der Federscheibe 18 und dem auftretenden Unterdruck radial nach innen gedrückt, so daß die Manschette 12 ihre Dichtfunktion verliert und Flüssigkeit aus dem Ringraum 13 über die Axialbohrung 14 zwischen der Bohrungswandung 25 und dem Manschettenrand 16 hindurchgelangen kann und so zu einem Austausch von Flüssigkeit mit dem Zylinderraum 21 beiträgt. Der Kolben 23 kann also ungehindert und schlagartig in seine Grundstellung zurückkehren. Eine vorhandene Zulaufbohrung 26 ermöglicht den Anschluß der Spülpumpe 3 für die Viskokupplung 1.

Im Falle einer Druckbeaufschlagung des Kolbens 23 in Pfeilrichtung A wird diese Zulaufbohrung 26 durch den Manschettenrand 16 bzw. Kolben 23 verschlossen und unterbricht den Flüssigkeitskreislauf der Spülpumpe 3, so daß die Viskokupplung 1 ihre volle Funktion wahrnehmen kann.

In Fig. 4 wird der schematische Aufbau einer Schlauchpumpe gezeigt. Die Schlauchpumpe 27 besteht im wesentlichen aus einem ringförmigen Gehäuse 28 und einem hierin drehbar gelagerten Mittelteil 29 sowie einem in diesem geführten Schlauch 30. Das Gehäuse 28 und das Mittelteil 29 sind jeweils einem Lamellensatz der Viskokupplung 1 zugeordnet. Das rotierende Mittelteil 29 weist an seinen radialen Enden eine kugelförmige Verdickung 31 auf, die so bemessen ist, daß der Schlauch 30 im ringförmigen Gehäuse 28 zusammengedrückt wird und einen Transportraum 32 bildet. Bei einer Differenzdrehzahl zwischen den Lamellensätzen pumpt die Schlauchpumpe 27 die viskose Flüssigkeit von einer Eingangsöffnung 33 zu einer Ausgangsöffnung 34. Die Pumprichtung wird hierbei durch die Relativdrehrichtung bestimmt. Die Schlauchpumpe 27 arbeitet hierbei relativ verschleißfrei und ist unempfindlich gegen Abtragungspartikel in der viskosen Flüssigkeit.

In Fig. 5 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer Viskokupplung 1 und einer integrierten Spülpumpe 3 gezeigt. Die gesamte Baueinheit ist von einem allseitig geschlossenen Vorratsbehälter 5 umgeben, welcher zwei Drehdurchführungen 35 für die Eingangs- (36) und Ausgangswelle 37 aufweist. Die Eingangswelle 36 greift mit einer Innenverzahnung eines Anschlußflansches 38 in die Außenverzahnung des ersten Lamellensatzes ein und treibt die Viskokupplung 1 an. Gleichzeitig ist der erste Lamellensatz mit dem Gehäuse 28 der Spülpumpe 3 verbunden.

Der zweite Lamellensatz der Viskokupplung 1 ist der Abtriebsseite zugeordnet und mit dem Mittelteil 29 der Spülpumpe 3 sowie der Ausgangswelle 37 verbunden. Die Druckbeaufschlagung der Viskokupplung 1 in Pfeilrichtung A erfolgt über eine Kolben-Zylinder-Einheit 2, welche in der ausgangsseitigen Drehdurchführung 35 bzw. Ausgangswelle 37 angeordnet ist. Die Verbindungsleitung zwischen Viskokupplung 1 und Spülpumpe 3 sowie das Absperrventil 10 sind in dieser Figur nicht ausgeführt. Der die Baueinheit umgebende Vorratsbehälter 5 weist einen Flüssigkeitsstand 39 auf, der unterhalb der beiden Drehdurchführungen 35 liegt, so daß keine besonderen Abdichtungen vorzusehen sind. An der untersten Stelle des drehfest angeordneten Vorratsbehälter 5 befindet sich ein Absetzsack 40, indem sich die Abriebspartikel der Lamellensätze sammeln können. Eine Entlüftungsbohrung 41 sorgt für einen Druckausgleich bei Erwärmung der Baueinheit. Durch die Ausbildung des Entlüftungsstutzens 42 nach Art eines in der Installation üblichen Geruchsverschlusses kann der Entlüftungsstutzen 42 mit dem sich einstellenden Flüssigkeitsspiegel als Verschluß gegen die Außenluft angesehen werden, so daß kein Schmutz von außen in den Vorratsbehälter 5 eindringen kann. Die Spülpumpe 3 saugt das Fluid aus dem Flüssigkeitsstand 39 an und über die nicht dargestellte Zulaufbohrung wird das Fluid in die Viskokupplung 1 gepumpt. Das Absperrventil 10 mit dessen Verbindungsleitungen 8, 9 zur Viskokupplung 1 ist ebenfalls nicht dargestellt.

In Fig. 6 ist der Aufbau einer Viskokupplung 1 mit einer Spülpumpe 3 dargestellt. Die Viskokupplung 1 weist ein Kupplungsgehäuse 43 auf, welches einen zylindrischen Mantel besitzt, in dessen Innenfläche Verzahnungen, die axial verlaufen, umfangsverteilt angeordnet sind. Konzentrisch zum Kupplungsgehäuse 43 ist in diesem eine Kupplungsnabe 44 drehbar gelagert. Die Kupplungsnabe 44 ist hierzu mit ihrer Außenfläche 45 in entsprechenden Bohrungen des Kupplungsgehäuses 43 aufgenommen. Die Kupplungsnabe 4 weist auf ihrer Außenfläche 45 entsprechend der Axiallänge des Kupplungsgehäuses 43 sich erstreckende Verzahnungen auf, die umfangsverteilt angeordnet sind. Dem Kupplungsgehäuse 43 und der Kupplungsnabe 44 sind Lamellen 46, 47 zugeordnet.

Dabei sind die Lamellen 46 über eine Außenverzahnung drehfest im Gehäuse 43 aufgenommen, während die Lamellen 47 mit einer verzahnten Bohrung drehfest auf dem Außenumfang der Kupplungsnabe 44 angebracht sind. Das Kupplungsgehäuse 43 ist endseitig durch einen Gehäusedeckel 48 verschlossen. Der Gehäusedeckel 48 ist gegenüber der Innenwandung des Gehäuses 43 abgedichtet und durch einen Befestigungsring 49 in seiner Position gehalten. Ferner ist das Gehäuse 43 über Dichtungen 50 gegenüber der Außenfläche 45 der Kupplungsnabe 44 abgedichet.

Der nicht von den Kupplungslamellen 46 und 47 besetzte Innenraum 51 des Gehäuses 43 ist mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt. Bei Relativbewegung des Gehäuses 43 gegenüber der Kupplungsnabe 44 erfolgt eine Scherung der Flüssigkeit und es bildet sich mit zunehmender Relativgeschwindigkeit ein ansteigendes Drehmoment auf. Das Drehmoment ist desweiteren abhängig von dem im Gehäuseinnenraum herrschenden Druck der viskosen Flüssigkeit. Das Gehäuse 43 kann beispielsweise mit einem Antrieb verbunden sein, während die Kupplungsnabe 44 als Abtriebsseite dient.

Die Kupplungsnabe 44 ist teilweise hohl ausgebildet und weist eine Bohrung 52 auf. Endseitig ist eine Trennungswand vorgesehen, die den Boden 53 des Zylinderraumes 54 darstellt, der von der Bohrung gebildet wird. In dem Zylinderraum 54, d. h. an der Bohrungswandung der Bohrung 52 ist ein Kolben 55 verschiebbar gelagert. Der Kolben 55 ist über eine Primärdichtung 56 und eine Sekundärdichtung 57 gegenüber der Wandung der Bohrung 52 abgedichtet. Der Kolben 55 wird durch eine Feder 58 in seiner in der Zeichnungsebene nach rechts verschobenen Stellung gehalten bzw. durch die Feder 58 in diese zurückbewegt. Die zurückgezogene Position ist durch einen Anschlagring 59 gesichert. Der Zylinderraum 54 steht mit dem Innenraum 51 des Kupplungsgehäuses 43 über radiale Bohrungen 60, die über den Umfang verteilt sind, in Verbindung. Dabei sind die Radialbohrungen 60 so angeordnet, daß sie etwa mittig der axialen Erstreckung des Gehäuses 43 münden. Ferner weist die Kupplungsnabe 44 an ihrem Mantel umfangsverteilt angeordnete Zulaufbohrungen 61 auf. Der Kolben 55 befindet sich in seiner Ausgangsstellung, d.h. bei entkuppeltem Zustand, in dem praktisch kein Drehmoment zwischen Kupplungsgehäuse 43 und Kupplungsnabe 44 übertragen wird, in einer Stellung, bei der die Zulaufbohrung 61 nicht abgedeckt wird, sondern mit dem Zylinderraum 54 in Verbindung steht. Auf der Außenfläche 45 der Kupplungsnabe 44 ist eine Drehdurchführung 62 relativ bewegbar zur Kupplungsnabe 44 angeordnet. Die Zulaufbohrung 61 ist mit einer Spülpumpe 3 über eine Verbindungsleitung 63 verbunden. Befindet sich der Kolben 55 in der in Fig. 6 dargestellten Stellung, so steht die im Zylinderraum 54 und im Innenraum 51 des Kupplungsge­ häuses 43 befindliche viskose Flüssigkeit unter Atmosphärendruck. Wird der Kolben 55 in Richtung der Bodenfläche 53 des Zylinderraumes 54 bewegt, und zwar entgegen der Federkraft der Feder 58, so wird zunächst die Zulaufbohrung 61 verschlossen, so daß bei Weiterbewegung ein Druckaufbau im Zylinderraum 54 und im Innenraum 51 des Gehäuses erfolgt. Der Druckaufbau sorgt dafür, daß ein entsprechendes Drehmoment zwischen dem Kupplungsgehäuse 43 und der Kupplungsnabe 44 übertragbar ist. Wird der Kolben 55 entlastet, so wird dieser in seine Ausgangsposition unter der Wirkung der Feder 58 zurückbewegt, bis die Zulaufbohrung 61 wieder eine Verbindung des Zylinderraumes 54 mit der Spülpumpe 3 herstellt.

Der Kolben 55 und die Bohrung 52 bilden eine Kolben-Zylinder-Einheit 2. Aufgrund der offenen Verbindung zwischen dem Zylinderraum 54 und dem Innenraum 51 des Kupplungsgehäuses 43 einerseits und dem Zylinderraum 54 und der Spülpumpe 3 über die Zulaufbohrung 61 andererseits ist dafür gesorgt, daß eine Spülung der Viskokupplung 1 erfolgt. Die Verbindungsleitung zwischen der Spülpumpe 3 und dem Vorratsbehälter sowie die Verbindungsleitung zwischen Viskokupplung 1 und Vorratsbehälter 5 sind in dieser Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt.

Bezugszeichenliste

 1 Viskokupplung
 2 Kolben-Zylinder-Einheit
 3 Spülpumpe
 4 Zulaufleitung
 5 Vorratsbehälter
 6, 7, 8, 9 Verbindungsleitung
10 Absperrventil
11 Durchlaufkühler
12 Manschette
13 Ringraum
14 Axialbohrung
15 Kolbenfläche
16 Manschettenrand
17 Außenboden
18 Federscheibe
19 Feder
20 Bodenfläche
21 Zylinderraum
22 Innenboden
23 Kolben
24 Anschlagring
25 Bohrungswandung
26 Zulaufbohrung
27 Schlauchpumpe
28 Gehäuse
29 Mittelteil
30 Schlauch
31 Verdickung
32 Transportraum
33 Eingangsöffnung
34 Ausgangsöffnung
35 Drehdurchführung
36 Eingangswelle
37 Ausgangswelle
38 Anschlußflansch
39 Flüssigkeitsstand
40 Absetzsack
41 Entlüftungsöffnung
42 Entlüftungsstutzen
43 Viskokupplungsgehäuse
44 Kupplungsnabe
45 Außenfläche
46, 47 Lamellen
48 Gehäusedeckel
49 Befestigungsring
50 Dichtung
51 Innenraum
52 Bohrung der Kupplungsnabe
53 Boden
54 Zylinderraum
55 Kolben
56 Primärdichtung
57 Sekundärdichtung
58 Feder
59 Anschlagring
60 Radialbohrung
61 Zulaufbohrung
62 Drehdurchführung
63 Verbindungsleitung
A Pfeilrichtung

Claims (7)

1. Viskokupplung (1) mit einem als Kupplungsgehäuse aus­ gebildeten ersten Kupplungsteil, einem als Kupplungs­ nabe ausgebildeten zweiten Kupplungsteil, mit mindes­ tens zwei Sätzen von Kupplungslamellen, von denen der erste drehfest mit dem Kupplungsgehäuse und der/die zweite (n) drehfest mit der Kupplungsnabe und beide axial jeweils abwechselnd angeordnet sind, wobei min­ destens ein Satz Kupplungslamellen begrenzt axial verschiebbar ist und der verbleibende Innenraum zumin­ dest teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Druck der viskosen Flüssigkeit über einen steuerbaren, aus einer Kolben-Zylinder-Einheit (2) bestehenden Druckgeber vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskokupplung (1) mit einem Ablaufkanal, wel­ cher über ein Absperrventil (10) zur Druckbeaufschla­ gung verschließbar und einem zu einem Vorratsbehälter (5) führenden Zulaufkanal sowie einer Spülpumpe (3) ausgestattet ist und daß der Innenraum der Viskokupp­ lung (1) während des druckfreien Zustandes wenigstens zeitweise mit der Spülpumpe (3) verbunden ist.

2. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Flüssigkeit zum Spülen der Vis­ kokupplung (1) der Spülpumpe (3) in die Kolben-Zylin­ der-Einheit (2) erfolgt, durch deren Kolben bei Druck­ beaufschlagung die Zuführung gesperrt ist.

3. Viskokupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülpumpe (3) als Flügelzellenpumpe ausgebil­ det ist.

4. Viskokupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülpumpe (3) als Schlauchpumpe (27) ausgebil­ det ist.

5. Viskokupplung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch die Vereinigung mit der Spülpumpe (3) zu einer Baueinheit, wobei der Antrieb der Spülpumpe (3) aus der Differenzdrehzahl zwischen den Kupplungslamellen der An- und Abtriebsseite abgeleitet und die Bauein­ heit von einem Vorratsbehälter (5) umschlossen ist.

6. Viskokupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitskreislauf der Spülpumpe (3) zur Kühlung der viskosen Flüssigkeit ein Durchlaufkühler (11) vorgesehen ist.

7. Viskokupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter (5) unterhalb der Durchtrittsöffnungen für den An- und Abtrieb der Baueinheit gehalten ist.