DE4001070C2

DE4001070C2 - Hydraulische Kupplung

Info

Publication number: DE4001070C2
Application number: DE4001070A
Authority: DE
Inventors: Satoru Suzuki; Hideaki Ina
Original assignee: Fuji Tekko Co Ltd; Fuji Iron Works Co Ltd
Current assignee: Fuji Univance Corp
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2010-01-17
Also published as: GB2229255B; GB9000915D0; US5037353A; DE4001070A1; GB2229255A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-45 97 483 ist eine derartige hydraulische Kupplung bekannnt, die aufgrund der drehbaren Lagerung des mit der Nockenfläche ausgebildeten Kupplungsteils innerhalb des den Zylinderblock aufweisenden, im wesentlichen allseits geschlossenen Kupplungsteils sowie der ebenfalls drehbaren Lagerung des letzteren Kupplungsteils innerhalb eines fixierten, im wesentlichen allseits geschlossenen, von den Wellen durchsetzten Außengehäuses eine aufwendige Konstruktion und große Ab messungen aufweist.

In gleicher Weise nachteilig ist die Anordnung des Drosselventils sowie eines an dieses angeschlossenen, über einen Tank mit der Niederdruckkammer verbundenen Wärmetauschers außerhalb der Kupplung sowie die Ausbildung der Niederdruckkammer und der Hochdruckkammer in axialer Richtung parallel zueinander und zumindest teilweise im Außengehäuse.

Trotz der Kühlung durch den Wärmetauscher besteht die Möglichkeit, daß die bekannte hydraulische Kupplung bei lang andauernder Drehzahldifferenz zwischen ihren Kupplungsteilen überhitzt und damit beschädigt wird, beispielsweise dann, wenn ein Fahrzeug, in dem sie zur Drehmomentenverteilung zwischen Hinter- und Vorderachse angeordnet ist, über eine entsprechend lange Strecke rauhen unebenen Geländes fährt. Zwar kann der Fahrer durch Schließen des einstellbaren Drosselventils den hydraulischen Kreislauf in der bekannten Kupplung blockieren und auf diese Weise beide Kupplungseile starr miteinander verbinden, jedoch ist es für ihn kaum möglich, diese Maßnahme zum richtigen Zeitpunkt, z. B. nicht erst nach bereits eingesetzter Überhitzung, durchzuführen. Es ist infolgedessen nicht möglich, die bekannte hydraulische Kupplung bzw. ihre Drehmomenten übertragung optimal an die jeweilige Fahrsituation anzupassen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die hydraulische Kupplung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß trotz verringerter Abmessungen Überhitzungen vermieden und eine verbesserte, optimale Drehmomentenübertragung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 gelöst.

Die Ausbildung des die Nockenfläche aufweisenden Kupplungsteils als einseitig offenes Gehäuse mit darin angeordnetem Zylinderblock führt zu einer verringerten Baulänge der erfindunggemäßen Kupplung. Die Anordnung der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer im wesentlichen koaxial zueinander beidseits einer durch die Nockenfläche gelegten Ebene ergibt eine weitere Verringerung der radialen und der axialen Kupplungsabmessungen; letztere Abmessungen werden durch die Ausbildung der Nockenfläche mit zwei oder mehr Nocken nochmals reduziert.

Die axial in der äußeren Umfangsfläche des Zylinderblocks verlaufenden Saugnuten erhöhen die Kühlkapazität und wirken auf diese Weise höherer Wärmeentwicklung der durch die vorer wähnten Maßnahmen baulich verkleinerten Kupplung entgegen. Durch die Beaufschlagung des Drosselventils durch den in der Hochdruckkammer herrschenden hydraulischen Druck gegen einen Gegendruck in Richtung einer der beiden Endstellungen, d. h. in Richtung geschlossenen oder offenen Drosselquerschnitts, wird eine automatische selbstregelnde Anpassung der Kupplung an die unterschiedlichen Fahrverhältnisse und damit eine optimale Drehmomentenübertragung erzielt. Beispielsweise kann bei ent sprechender Auslegung des Drosselventils und Wahl des Gegendrucks das Durchdrehen von springenden Fahrzeugrädern beim Befahren eines unebenen, rauhen Geländes verhindert werden, und zwar durch Schließen des Drosselventils unter der Wirkung des in dieser Fahrsituation auftretenden, der Drehzahldifferenz zwischen den gerade im Durchdrehen begriffenen und den nicht durchdrehenden Fahrzeugrädern proportionalen hydraulischen Druck in der Hochdruckkammer. Auf diese Weise ist es möglich, die bei länger andauernder Fahrt über rauhes, unebenes Gelände bestehende Gefahr der Überhitzung der Kupplung zu vermeiden; zum selben Zweck kann zusätzlich ein temperatur empfindliches Verformungsglied nach Anspruch 10 eingesetzt werden.

Andererseits besteht die Möglichkeit, bei Fahrzeugen, die in ihrem Fahrverhalten ungünstig auf plötzliche Änderungen des übertragenden Drehmoments reagieren, eine sanftere Drehmomenten änderung im betreffenden Drehmomentenbereich dadurch zu erzielen, daß das Drosselventil mit zunehmender Drehzahldifferenz in entsprechender Weise weiter geöffnet wird.

Aufgrund der größeren Anzahl von Nocken gibt die erfindungsgemäße Kupplung ein gleichmäßigeres Drehmoment ab und verbessert somit die Drehmomentenübertragung. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht ergibt sich durch eine Ausbildung der Nocken derart, daß sie in ihrem Kopf- und Fußbereich je einen Funktionskurventeil und in den dazwischenliegenden, ansteigenden und abfallenden Verbindungsbereichen je einen Kurventeil gleicher Geschwindigkeit aufweisen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den verbleibenden Unteransprüchen.

Anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem Drosselventil gemäß einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 2 in ihrere oberen Hälfte einen Schnitt längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie I-I und in ihrer unteren Hälfte einen Schnitt längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie II-II,

Fig. 3 anhand der Schnittdarstellung nach Fig. 1 Ölströmungen im Betrieb der Kupplung,

Fig. 4 die Kennlinie des von der Kupplung nach Fig. 1 übertragenen Drehmoments und des Abgabedrucks in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungsteilen der Kupplung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 anhand der Schnittdarstellung nach Fig. 1 die Schmierung und Ölableitung während der Montage der Kupplung,

Fig. 6 den Nockenverlauf der Nockenfläche der Kupplung nach Fig. 1,

Fig. 7 in einem Diagramm die Relation zwischen der Nockenkurve und dem Drehmoment,

Fig. 8 in einem Diagramm die Arbeitsweisen von sechs in der Kupplung verwendeten Kolben und deren Gesamt- Drehmoment in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 9 in einem Diagramm das von drei Kolben jeweils erzeugte Drehmoment und das Gesamt-Drehmoment,

Fig. 10A in einem Diagramm den Hub des Kolbens Nr. 1 in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 10B in einem Diagramm den Hub sämtlicher Kolben in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 10C in einem Diagramm die Änderung des Gesamtvolumens in Abhängigkeit vom Rota tionswinkel,

Fig. 11A in einem Diagramm das Drehmoment des Kolbens Nr. 1 in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 11B in einem Diagramm die Drehmomente sämtlicher Kolben in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 11C in einem Diagramm das Gesamtdrehmoment in Abhängigkeit vom Rotationswinkel,

Fig. 12 in schematischer Darstellung die Herstellungsweise der Nockenfläche,

Fig. 13 ein bei der Herstellung der Nockenfläche verwendetes Nockenkurvendiagramm,

Fig. 14, 15 und 16 schematische Darstellungen eines in der Kupplung verwendeten Kolbens,

Fig. 17A, 17B und 17C den Nockenkurvenverlauf auf dem äußersten Durchmesser, auf einem Teilungskreis bzw. dem innersten Durchmesser der Nockenfläche nach Fig. 12,

Fig. 18 in einem Diagramm die Positionsbeziehungen zwischen den Nockenflächen gemäß Fig. 17A, 17B und 17C und den Kolben,

Fig. 19 einen Axialschnitt einer zweiten Ausgestaltung des Drosselventils mit einer Feder,

Fig. 20 die Belastung der Feder nach Fig. 19 in Abhängigkeit vom Betätigungsweg des Drosselventils,

Fig. 21 die Kennlinie des von der Kupplung mit dem Drosselventil nach Fig. 19 übertragenen Drehmomentes in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz,

Fig. 22 das Drosselventil nach Fig. 19 in geöffnetem Zustand,

Fig. 23 einen Axialschnitt einer dritten Ausgestaltung des Drosselventils und

Fig. 24 einen Radialschnitt des Drosselventils nach Fig. 23,

Fig. 25 die Kennlinie des von der Kupplung mit dem Drosselventil nach Fig. 23 übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz,

Fig. 26 einen Axialschnitt einer vierten Ausgestaltung des Drosselventils,

Fig. 27 einen Axialschnitt einer fünften Ausgestaltung des Drosselventils und

Fig. 28 einen Radialschnitt des Drosselventils nach Fig. 27,

Fig. 29 einen Axialschnitt einer sechsten Ausgestaltung des Drosselventils.

Das Bezugszeichen 10 in Fig. 1 kennzeichnet ein Gehäuse, nachstehend als Nockengehäuse bezeichnet, das einen Zylinderabschnitt 12 und einen Flansch 14 umfaßt. Eine Nockenfläche 16 ist an der Innen seite des Flansches ausgebildet. Wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird, sind beispielsweise vier Nocken auf der Nockenfläche 16 gebildet. Eine Befestigungsschrauben-Bohrung 18 für die Befestigung beispielsweise einer Eingangswelle ist auf der Außenseite des Flansches 14 ausgebildet. Demgemäß dreht sich das Nockengehäuse 10 zusammenhängend mit der Eingangswelle und stellt eines der beiden Kupplungsteile der hydraulischen Kupplung dar.

Mit dem Bezugszeichen 20 ist ein Rotor bezeichnet, der in dem Nockengehäuse 10 drehbar eingeschlossen ist. Der Rotor 20 ist auf der in der Zeichnung linken Seite über eine Befe stigungsschrauben-Bohrung 22 beispielsweise mit einer Abtriebswelle verbunden, so daß er sich zusammenhängend mit der Abtriebswelle dreht und das zweite der beiden Kupplungsteile der hydraulischen Kupplung darstellt. Eine Öl dichtung 24 ist zwischen das Nockengehäuse 10 und dem Rotor 20 eingefügt.

Es ist ferner möglich, die Abtriebswelle mit dem Nockenge häuse 10 und die Eingangswelle mit dem Rotor 20 zu verbinden.

Eine Vielzahl von Kolben-Kammern 26 ist in axialer Richtung im Rotor 20 ausgebildet. Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind es sechs Kolben-Kammern 26, wie dies in Fig. 2 veran schaulicht ist. In jeder der Kolben-Kammern 26 ist ein Kolben 28 hin- und herbewegbar angeordnet und durch eine Druckfeder 30 in Richtung der axial ausgerichteten Nockenfläche 16 beaufschlagt.

Ein Hauptdurchgang 32 ist im mittleren Bereich des Rotors 20 ausgebildet. Der Hauptdurchgang 32 sowie die sechs Kolben-Kammern 26 stehen über Druckkanäle 34 miteinander in Verbindung. Ein Druckventil, bestehend aus einer Verschlußkugel 38 und einer blattfederartigen Druckfeder 36, ist in jedem der sechs Druckkanäle 34 angeordnet und als Rückschlagventil ausgebildet, so daß der Ölstrom lediglich in Richtung des Hauptdurchgangs 32 fließen kann.

Ein Schieber 42 mit einem Drosseldurchgang 40 ist in dem Hauptdurchgang 32 bewegbar angeordnet. Der Schieber 32 wird von beiden Seiten von einer Feder 44 und einem federartigen temperaturempfindlichen Verformungsglied 45 beaufschlagt. Der Schieber 42 trennt eine Hochdruck- Kammer 46 auf der linken Seite des Hauptdurchgangs 32 von einer Niederdruck-Kammer 48 auf dessen rechter Seite. Ferner ist ein nadelförmiges Verschlußteil 50 auf der rechten Seite des Schiebers 42 derart fest angeordnet, daß es dem Drosseldurchgang 40 zugewandt ist. Die Bauteile 42, 44, 45 und 50 stellen ein Drosselventil dar. Der Schieber 42 und die Feder 44 bilden eine auf den Öldruck in der Hochdruckkammer 46 ansprechende Sensoreinrichtung.

Wenn der Öldruck von den Kolbenkammern 26 oder die Öltemperatur einen bestimmten Wert erreicht hat, dann bewegt sich der Schieber 42 nach rechts, so daß der Drosseldurchgang 40 durch das Verschußteil 50 verschlossen ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind sechs Saug- oder Ölzirkulationsnuten 52 in axialer Richtung in Bereichen zwischen den Kolben 28 im äußeren Umfangsteil des Rotors 20 gebildet. Die Ölzirku lationsnuten 52 stellen eine Verbindung zwischen der Niederdruck- Kammer 48 und Saugkanälen 54 her, die über je ein Saugventil 56 mit der jeweiligen Kolbenkammer 26 verbunden sind. Deshalb zirkuliert Öl auf der äußeren Umfangsseite des Rotors 20.

Ein Kolben 60 ist gleitbar in der Niederdruckkammer 48 vorgesehen und durch eine Feder 58 mit einer bestimmten Vorlast in Richtung des Rotors 20 beauf schlagt. Die Feder 58 stützt sich an einem Halteglied 62 ab.

Ein Entlastungsventil 66, 68, welches dazu dient, ein übermäßig hohes Drehmoment zu vermeiden, ist in einem Durchgang 64 angeordnet, der parallel zum Hauptdurchgang 32 ausgebildet ist. Es umfaßt eine Verschlußkugel 66, die von einer Feder 68 in Richtung Hochdruckkammer 46 beaufschlagt ist.

Ferner ist der Rotor 20 mit einem Absperrventil 70 versehen, um das Ableiten des Öls aus der Hochdruckkammer 46 zu bewir ken. Das Nockengehäuse 10 ist mit einem Absperrventil 72 versehen, um das Öl einzuspritzen, und mit einem Absperr ventil 74, um das Öl abzuführen. Jedes der Absperrventile 70, 72 und 74 ist durch ein Absperrglied bzw. einen Stöpsel und eine Kugel ausgeführt.

Mit dem Bezugszeichen 76 ist ferner ein Stopring, mit dem Bezugszeichen 78 eine Druckscheibe und mit dem Bezugszeichen 80 eine Kolbendichtung bezeichnet.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert.

Wenn keinerlei Drehdifferenz zwischen dem Nockengehäuse 10 und dem Rotor 20 auftritt, führen die Kolben 28 keinen Hub aus, und es wird kein Drehmoment übertragen. Zu diesem Zeit punkt sind die Kolbenkammern 26 mit der Niederdruckkammer 48 über die Absaugventile 56, die Saugkanäle 54 und die Öl-Zirkulationsnute 52 verbunden und durch den Kolben 60 einer schwachen Vorbelastung ausgesetzt. Da die Vorbe lastung jedoch auch auf der Seite der Hochdruckkammer 46 wirkt, sind die Drücke auf der rechten und linken Seite des Kolbens 60 gleich, und die Kolben 28 führen keinen Hub aus. Damit werden die Kolben 28 durch die Druckfeder 30 gegen die Nockenfläche 16 gedrückt.

Wenn eine Drehdifferenz zwischen dem Nockengehäuse 10 und dem Rotor 20 auftritt, führen die Kolben 28 einen Hub aus, und zwar in Übereinstimmung mit der relativen Drehung zwischen den Kupplungsteilen. Dies bedeutet, daß beim Druckhub die Kolben 28 relativ über die Nocken der Nockenfläche 16 laufen und durch diese nach links verschoben werden.

Jeder Kolben 28 stößt somit das Öl in der Kolben kammer 26 von dem Druckkanal 34 her in die Hochdruck kammer 46 ein, und zwar über das Druckventil 36, 38; das Saugventil 56 verschließt den Saugkanal 54. Das in die Hochdruckkammer 46 abgegebene Öl gelangt durch den Drossel durchgang 40 des Schiebers 42 und wird an die Nieder druck-Kammer 48 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Öldruck in den Kolbenkammern 26 an, und zwar aufgrund des Widerstands im Drosseldurchgang 40; und eine Reaktionskraft wirkt an den Kolben 28. Durch Drehen des Nockengehäuses 10 wird ein Drehmoment entgegen der Reaktionskraft des Kolbens 28 erzeugt. Das betreffende Drehmoment wird zwischen dem Nockengehäuse 10 und dem Rotor 20 über tragen.

Wenn sich das Nockengehäuse 10 dreht, vollführen die Kolben 28 den Saughub, wobei sie nach rechts bewegt werden. Das Öl in der Niederdruckkammer 48 wird durch die Ölzirkulationsnuten 52, die Saugkanäle 54 und die Saugventile 56 in die Kolbenkammer 26 gesaugt. Die Kolben 28 werden längs der Nockenfläche 16 des Nockengehäuses 10 zurückgeführt.

Dies bedeutet, daß das Öl auf der Außendurchmesser-Seite des Rotors 20 zirkuliert und zu der Kolbenkammer 26 zurückge führt wird, wie dies in Fig. 3 durch Pfeile veranschaulicht ist.

Das in der oben erwähnten Weise erzeugte Übertragungs-Dreh moment ist proportional dem Öldruck, der auf die Kolben 28 ausgeübt wird. Der Öldruck ist proportional dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Drosseldurchgang 40 hin durchtretenden Öls. Die Strömungsgeschwindigkeit des Öls ist proportional der Drehzahldifferenz zwischen dem Nocken gehäuse 10 und dem Rotor 20. Demgemäß können die Drehmoment übertragungscharakteristiken bzw. die Drehmomentübertra gungskennlinie erzielt werden, wie sie durch eine Kurve 82 in Fig. 4 veranschaulicht ist. Dies bedeutet, daß ein hohes Drehmoment T erhalten werden kann, welches dem Quadrat der Drehzahldifferenz ΔN proportional ist.

Andererseits wird dann, wenn die Drehzahldifferenz ΔN einen bestimmten Wert ΔN₁ und der Abgabedruck P einen bestimmten Druck P₁ erreicht, der Schieber 42 sich nach rechts bewegen, und der Drosseldurchgang 40 wird durch das Verschlußteil 50 verschlossen. Da die Ölströmung versperrt ist, können die Kolben 28 keinen Hub ausführen; sie sind gesperrt. Somit werden die Charakteristiken bzw. die Kennlinie erhalten, die durch eine Kurve 84 in Fig. 4 ver anschaulicht sind bzw. ist. Wenn der Abgabedruck P auf den bestimmten Wert P₁ oder darunter festgelegt ist, werden die Kennlinien bzw. Charakteristiken zu den gewöhnlichen Dreh momentcharakteristiken 82 zurückgeführt.

Wenn demgegenüber die Öltemperatur eine bestimmte Temperatur erreicht, wird das federartige temperaturempfindliche Ver formungsglied 45 erweitert bzw. ausgefahren und der Schieber 42 zwangsweise bewegt. Der Drosseldurchgang 40 wird durch das Verschlußteil 50 verschlossen. Sogar in diesem Falle kann die Kupplung verriegelt werden, wie dies in Fig. 4 durch die Kurve 84 veranschaulicht ist.

Das Drehmoment wird bei einem Abgabedruck P₂, der das maximale Drehmoment liefert, begrenzt, wie dies durch eine Kennlinienkurve 86 in Fig. 4 veranschaulicht ist, und zwar durch die Arbeitsweise des Entlastungsventils 66.

Fig. 5 zeigt in einem erläuternden Diagramm die Schmierung während der Montage. Die Absperrventile 72 und 74 für das Nocken gehäuse 10 und das Absperrventil 70 für den Rotor 20 sind entfernt. Das Öl wird von einem Anschluß 88 her eingespritzt bzw. einge führt und von den Öffnungen 90 und 92 abgeleitet. In diesem Zustand kann durch Drehen des Rotors 20, wie durch einen Pfeil veranschaulicht, das Öl durch genügende Luftabgabe eingefüllt werden.

Die Form der Nockenfläche des Nockengehäuses 10 gemäß Fig. 1 wird nachstehend beschrieben. Bei Relativdrehung zwischen dem Nockengehäuse 10 und dem Rotor 20 erzwingt diese Nockenflächenform einen Kolbenhub, der kaum Schwankungen im Volumen und Drehmoment aufweist, so daß Schwingungen und dergleichen unterdrückt werden.

Fig. 6 zeigt die Nockenkurve für eine Nockenhälfte in Abhängigkeit vom Rotationswinkel R, wobei ein Kolbenhub X erhalten wird.

Nach Fig. 6 sind in Übereinstimmung mit der Nockenkurve, die erfindungsgemäß verwendet wird, Funktionskur venteile zu beiden Seiten jedes geradlinigen Verbindungsbereiches gleicher Geschwindigkeit vorgesehen.

Nunmehr sei angenommen, daß eine Kurve gleich einem Bruchteil festgelegt ist mit k_c und daß 360/k_c auf R_c festgelegt ist.

Der Hub X wird in einem Bereich von 0RR_c/2 erhalten. In bezug auf einen Bereich von R_c/2<2<RR_c ist der Hub X symmetrisch zu jenem in dem früheren halben Bereich, indem R_c/2 als Bezugswert festgelegt ist.

Nunmehr sei angenommen, daß das Drehmoment T der n-ten Potenz der Neigung bzw. Steigung der Kurve am Kurven kontaktpunkt des Kolbens 28 proportional ist, das heißt, daß die Beziehung

gilt, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist, um das Drehmoment T für die Zeitspanne linear zu erhöhen, wenn der Kolben 28 im Funktionskurventeil vorrückt. Damit ist es notwendig, die durch die folgenden Gleichungen angegebenen Funktionen zu benutzen:

Demgegenüber wird ein Hub S durch die folgende Gleichung erhalten:

Nunmehr sei angenommen, daß die Nocken- bzw. Kurven steigungen der Verbindungsbereiche der Funktionskurventeile und des Bereiches gleicher Geschwindigkeit gleich sind. Da mit wird ein Koeffizient a durch die Gleichung (3) erhalten, der durch die Entwicklung bzw. Auflösung der folgenden Gleichung abgeleitet bzw. gewonnen wird:

Bei der vorstehenden Gleichung zeigt die linke Seite die Kurvensteigung des Kurventeiles gleicher Geschwindigkeit an, und die rechte Seite gibt die Kurvensteigung des Funktions kurventeiles an.

Da folgende Beziehungen gelten:

Aus den obigen Berechnungsgleichungen geht hervor, daß der Hub X in dem Fall, daß der Kolben 28 beim Drehwinkel R steht, durch die Gleichungen (4), (5) bzw. (6) ausgedrückt ist.

Wenn 0RR₁ erfüllt ist, gilt

Wenn R₁<0R_c/2-R₁ erfüllt ist, gilt

Wenn R_c/2 - R₁ < R R_c/2 erfüllt ist, gilt

Wie in Fig. 8 veranschaulicht, schwankt das auch als synthetisches Drehmoment bezeichnete Gesamt-Drehmoment nicht, wie dies in Fig. 9 veran schaulicht ist, wenn der Drehwinkel R₁ gleich dem Umschlingungswinkel von 15° des Drehmoments gemacht ist.

Als Ergebnis der Experimente ist n 1 angebracht als Wert von n in den Gleichungen (4) bis (6). Demgegenüber kann für die obigen Gleichungen (4) bis (6) ein Genauigkeitsbereich der Nocken- bzw. Kurvenfläche von ± S₀ × -0,02 zugelassen werden, wie dies durch einen durch gestrichelte Linien angegebenen Umgebungsbereich in Fig. 6 veranschaulicht ist.

Fig. 10A zeigt ein Hub-Diagramm des Kolbens Nr. 1. Fig. 10B zeigt ein Hub-Diagramm sämtlicher Kolben Nr. 1 bis Nr. 6. Fig. 10C veranschaulicht eine Volumenschwankung (der Gesamthub der Kolben × die Querschnittsfläche des Kolbens). Wie aus Fig. 10C ersichtlich sein dürfte, schwankt das Volumen kaum.

Fig. 11A zeigt das Drehmoment des Kolbens Nr. 1. Fig. 11B zeigt die Drehmomente sämtlicher Kolben Nr. 1 bis Nr. 6. Fig. 11C zeigt das Gesamt-Drehmoment. Wie aus Fig. 11C ersichtlich sein dürfte, schwankt das Drehmoment kaum. Demgemäß weist die erfindungsgemäße Kupplung kaum Schwingungen oder dergleichen auf.

Fig. 12 veranschaulicht ein Arbeitsverfahren zur Bearbei tung der Nocken- bzw. Kurvenfläche längs der Nockenkurve gemäß Fig. 6. Der Radius eines Stirnfräsers 94 für die Bearbeitung ist dabei gleich dem Radius des zylindrischen Teiles des Kantenteiles des Kolbens.

Der Stirnfräser 94 führt die vertikale Bewegung längs der Kurvenfläche zusammen mit der Rotation des Kurven- bzw. Nockengehäuses 10 aus. Wie in Fig. 13 veranschaulicht, ist der Stirnfräser 94 derart positioniert, daß ein bestimmter Hub X für den Drehwinkel R erhalten werden kann und daß vier Nocken gebildet werden.

Wie in Fig. 14, 15 und 16 veranschaulicht, weist ein Kanten teil 96 des Kolbens 28 die zylindrische Form mit demselben Radius auf, wie sie der Stirnfräser 94 aufweist. Demgemäß führt der Kolben 28 die dem Stirnfräser 94 entsprechende bzw. ähnliche Hubbewegung in Zuordnung zu der Drehung der Nockenfläche 16 aus.

In Fig. 17A, 17B und 17C sind ebene Abwicklungen des Kurvenverlaufs der nach dem Verfahren gemäß Fig. 12 hergestellten Nockenfläche 16 dargestellt.

Wie in Fig. 18 veranschaulicht, bezeichnen D₀, ⌀D_P und ⌀D_i einen äußersten Durchmesser des Kolbens 28 bzw. einen Kol ben-Mittenteilkreisdurchmesser bzw. einen innersten Durch messer. Die entsprechenden Teile des Kolbens 28 gleiten längs jener Teilkreise.

Wie in Fig. 14, 15 und 16 veranschaulicht, ist die Form des Kantenteiles 96 des Kolbens 28 derart, daß er in Linienkontakt mit der Kurvenfläche in einer Richtung recht winklig zur Gleitrichtung der Kurven- bzw. Nockenfläche 16 kommt. Damit kann die Größe der Ausladuung des Kolbens 28 vermindert werden.

Da der Kolben 28 und die Kurvenfläche 16 stets in Kontakt miteinander sind, und zwar über die gesamte Breite des Kolbens 28, und eine ausreichend lange Kontaktlänge ge währleistet ist, kann andererseits die Kontakt belastung reduziert werden.

Demgemäß weist die erfindungsgemäße Kupplung kleine Abmessungen, ein geringes Gewicht und eine hohe Lebensdauer auf.

Da die von der Kurvenfläche 16 ausgeübte Kraft derart wirkt, daß der Kolben 28 stets in engen Kontakt mit der Kurven fläche 16 kommt, ist der betreffende Kolben 28 darüber hinaus stets in Gleitrichtung ausgerichtet und dreht sich nicht.

In Fig. 19 ist eine zweite Ausgestaltung des Drosselventils gezeigt, die anstelle der ersten Ausgestaltung nach Fig. 1 im Hauptdurchgang 32 vorgesehen ist und aus einem Schieber 100, einer Feder 102 und einem nadelförmigen Verschlußteil 104 besteht.

Gemäß Fig. 19 ist der Schieber 100 bewegbar im Hauptdurchgang 32 angeordnet und durch die Feder 102 in Richtung des Verschlußteils 104 beaufschlagt, welches fest ange ordnet ist und in einen Drosseldurchgang 106 im Schieber 100 hineinragt. Der Schieber 100 und die Feder 102 bilden eine auf den Öldruck in der Hochdruckkammer 46 ansprechende Sensoreinrichtung.

Das Drosselventil 100, 102, 104 trennt die Hochdruckkammer 46 auf der linken Seite des Haupt durchgangs 32 von der Niederdruckkammer 48 auf dessen rechter Seite.

Wenn der Abgabedruck P in der Hochdruckkammer 46 auf den Schieber 100 wirkt, wirkt die Arbeitskraft, die man dadurch erhält, daß die Druckaufnahmefläche S des Schiebers 100 mit dem Abgabedruck P multipliziert wird, also die Beziehung

F = P × S gilt,

in der rechten Richtung auf den Schieber 100.

Wenn die Arbeitskraft F eine festgelegte Belastung F₁ der Feder 102 übersteigt, bewegt sich der Schieber 100 in diejenige Stellung nach rechts, in der die Federlast F₁ und die Arbeitskraft F ausge glichen sind. Dies bedeutet, daß Änderungen in der Federvor spannung bzw. Federbelastung und dem eingestellten Druck P für eine Bewegungsgröße Δ1 des Schiebers 100 so sind, wie in Fig. 20 gezeigt.

Da das freie Ende des Verschlußteils 104 eine zugespitzte Form hat, nimmt die Querschnittsfläche des Drosseldurchgangs zu, wenn sich der Schieber 100 nach rechts in Fig. 19 bewegt.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 19 beschrieben werden.

Wenn der Abgabedruck P gleich dem bestimmten Wert P₁ oder einem kleineren Wert ist, ist die auf den Schieber 100 wirkende Kraft F zunächst kleiner als die festgelegte Be lastung bzw. Vorspannung der Feder 102, so daß der Schieber 100 sich nicht bewegt. Die auf das Verschlußteil 104 zurückgehende Öffnungsquerschnittsfläche ist zu dem Zeitpunkt klein, und die Drehmoment-Charakteristiken sind so, wie dies in Fig. 21 durch eine Kurve 108 veranschaulicht ist.

Wenn der Abgabedruck P einen bestimmten Abgabedruck P₂ er reicht, bewegt sich der Schieber 100 nach rechts, und zwar lediglich um Δ1, wie dies in Fig. 23 veranschaulicht ist. In diesem Falle weist die auf das Verschlußteil 104 zu rückgehende Öffnungsquerschnittsfläche S einen mittleren Wert auf, und die Drehmomentkennlinien sind so, wie dies in Fig. 21 durch eine Kurve 110 veranschaulicht ist.

Wenn der Abgabedruck P einen bestimmten Abgabedruck P₃ über steigt, bewegt sich sodann der Schieber 100 weiter nach rechts, und die auf das Verschußteil 104 zurückgehende Öffnung der Querschnittsfläche nimmt zu. In diesem Falle sind die Drehmomentkennlinien so, wie dies in Fig. 21 durch eine Kurve 112 veranschaulicht ist.

In dem Drehmomentbereich, in welchem eine plötzliche Dreh momentänderung die Bewegung eines Fahrzeugs stark beein flußt, kann die Stabilität des Fahrzeugs dadurch verbessert werden, daß das Übertragungsdrehmoment T so festgelegt wird, da es sich für die Drehzahldifferenz ΔN sanft ändert.

In Fig. 23 und 24 ist die dritte Ausgestaltung des Drossel ventils dargestellt.

In Fig. 23 und 24 ist mit dem Bezugszeichen 114 ein nadel förmiges Verschlußteil bezeichnet, das von einer Basis 118 mit einer Anzahl von Durchgangsbohrungen 118 absteht und einen freien, mit unterschiedlichen Durchmessern abgestuften Endbereich 116 aufweist, der in einen durch ein abgestuftes Teil 124 des Schiebers definierten Drosseldurchgang 126 unterschied licher Durchmesser eingesetzt ist. Mit dem Bezugszeichen 102 ist eine Feder bezeichnet, die zwischen der Basis 118 und dem Schieber 122 angeordnet ist. Demgemäß werden, wie in Fig. 25 dargestellt, Charakteristiken bzw. Kennlinien erhalten, wie sie durch die Kurven 128, 130 und 132 veran schaulicht sind, und zwar in Übereinstimmung mit der Dreh zahldifferenz ΔN. Ferner werden Kennlinien erzielt, wie sie durch eine Kurve 134 veranschaulicht sind, und zwar als Er satz eines Entlastungsmechanismus auf die Erzeugung eines übermäßigen Drehmomentes hin.

Fig. 26 veranschaulicht eine vierte Ausgestaltung des Drosselventils. Ein nadelförmiger Schieber ragt gegen den Druck einer Feder 102 in einen Drosseldurchgang 140 im Rotor 20 hinein.

Wenn der Abgabedruck P der Hochdruckkammer 46 auf den Schieber 136 wirkt, bewegt sich dieser nach rechts. Die Öffnungsquerschnittsfläche des Drosseldurchgangs 140 nimmt dabei ab. Wenn der Abgabedruck P einen bestimmten Wert übersteigt, ist der Drosseldurchgang 140 geschlossen und versperrt.

Da der Schieber 136 gemeinsam mit der Feder 102 auch die Funktion der Öldruck-Sensoreinrichtung hat, kann die gesamte Anordnung miniaturisiert werden.

In Fig. 27 und 28 ist eine fünfte Ausgestaltung des Drossel ventils gezeigt. Ein nadelförmiges Verschlußteil 142 ist in den Rotor 20 ortsfest eingesetzt. Mit dem Bezugszeichen 144 sind vier Durchgangsbohrungen bezeichnet, die in dem Rotor 20 aus gebildet sind. Mit dem Bezugszeichen 146 ist eine Membran mit einem Drosseldurchgang 150 bezeichnet, in den das Verschlußteil 142 hineinragt. Die Membran 146 bildet die Öldruck-Sensoreinrichtung.

Wenn der Abgabedruck P in der Hochdruckkammer 46 auf die Membran 146 wirkt, wird sie verformt, und die Öffnungs querschnittsfläche des Drosseldurchgangs 150 ändert sich. Wenn der Abgabedruck P einen bestimmten Wert übersteigt, ist der Drosseldurchgang 150 verschlossen und versperrt.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 19 und 22 verschlechtert sich die Bewegung des Schiebers, wenn der Drosseldurchgang durch einen Fremdkörper verstopft ist, so daß die Dreh momentkennlinien nicht stabilisiert sind. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 27 kann jedoch ein derartiger Mangel beseitigt werden.

Fig. 29 zeigt eine sechste Ausgestaltung des Drosselventils mit einer Entlastungsfunktion; dieses Drosselventil ist anstelle des Drosselventils nach Fig. 1 für den Hauptdurchgang 32 des Rotors 20 vorgesehen.

Gemäß Fig. 29 ist ein Ringteil 156 auf der rechten Seite eines Schiebers 152 mit einem Drosseldurchgang 154 angeordnet. Ein nadelförmiges Verschlußteil 158 ist gleitbar in dem Ringteil 156 angeordnet. Eine Feder 160 ist zwischen dem Schieber 152 und dem Ringteil 156 vorgesehen. Außerdem ist eine Feder 162 zwischen einem konisch geformten Kopf am freien Ende des Verschlußteils 158 und dem Ringteil 156 vorgesehen.

Nunmehr wird die Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 29 erläutert. Wenn der Abgabedruck in der Hochdruckkammer 46 ansteigt, bewegt sich der Schieber 152 nach rechts, während die Feder 160 zusammengedrückt wird. Die konisch geformte Mündung des Drosseldurchgangs 154 liegt am Kopf des Verschlußteils 158 an. Der Drosseldurchgang 154 ist verschlossen, und das Nockengehäuse 10 und der Rotor 20 sind verriegelt.

Wenn der Abgabedruck weiter im verriegelten Zustand an steigt, liegt der Schieber 152 an einer Stufe an und kann sich nicht nach rechts bewegen. Demgemäß drückt das Verschlußteil 158 die Feder 162 zusammen und befindet sich von der Mündung des Drosseldurchgangs 154 entfernt. Der Entlastungs betrieb zum Öffnen des Drosseldurchgangs 154 wird erneut ausgeführt. Damit ist der entriegelte Zustand ausgelöst.

Claims

1. Hydraulische Kupplung für zwei drehbare Wellen zur Drehmomentübertragung bei Auftreten einer Drehzahldifferenz,
mit einem Gehäuse (10),
mit zwei, mit je einer der Wellen gekoppelten Kupplungsteilen, deren eines (12, 14) eine im wesentlichen axial ausgerichtete Nockenfläche (16) und deren anderes einen Zylinderblock (20) mit mehreren, im wesentlichen axial ausgerichteten und zur Nockenfläche hin offenen Kolbenkammern (26) aufweist, in denen je ein in Richtung Nockenfläche federbeaufschlagter Kolben (28) hin- und herbewegbar ist,
wobei die Kolbenkammern über je einen Druckkanal (34) mit darin angeordnetem Druckventil (36, 38) an eine Hochdruck-Kammer (46) an geschlossen sind und diese über ein zwischen einer ersten Endstellung mit größerem Drosselquerschnitt und einer zweiten Endstellung mit kleinerem Drosselquerschnitt betätigbares Drosselventil (42, 44, 50; 100, 102, 104; 102, 114, 122; 102, 136, 140; 142, 146, 152, 158, 160) mit einer Niederdruckkammer (48) verbunden ist, die mit den Kolbenkammern über je einen Saugkanal (52, 54) mit darin angeordnetem Saugventil (56) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Nockenfläche (16) aufweisende Kupplungsteil (12, 14) als ein einseitig offenes Gehäuse (10) ausgebildet ist, das einen mit der Nockenfläche (16) versehenen Flansch (14) und einen an diesen angesetzten Zylinderabschnitt (12) umfaßt und in dem der Zylinderblock (20) angeordnet ist,
daß die Nockenfläche (16) zwei oder mehr Nocken aufweist,
daß die Hochdruckkammer (46) und die Niederdruckkammer (48) beidseits des Zylinderblocks (20) angeordnet und axial durch das Drosselventil (42, 44, 50; 100, 102, 104; 102, 114, 122; 102, 136, 140; 142, 146, 152, 158, 160) verbindbar sind,
daß die Saugkanäle (52, 54) axial verlaufende Saugnuten (52) in der äußeren Umfangsfläche des Zylinderblocks (20) umfassen, und
daß das Drosselventil (42, 44, 50; 100, 102, 104; 102, 114, 122; 102, 136, 140; 142, 146; 152, 158, 160) durch den in der Hochdruckkammer (46) herrschenden hydraulischen Druck gegen einen Gegendruck (44, 102, 160) in Richtung einer der beiden Endstellungen beaufschlagt ist.

2. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (16) im Kopf- und im Fußbereich der Nocken je einen Funktionskurventeil und in den dazwischen liegenden, ansteigenden und abfallenden Verbindungsbereichen je einen Kurventeil gleicher Geschwindigkeit aufweist.

3. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil eine in Übereinstimmung mit dem Druck in der Hochdruckkammer (46) bewegbare Öldruck-Sensorein richtung (42, 44; 100, 102; 102, 122; 102, 136; 146; 152, 160) und einen Drosseldurchgang (40, 106, 126, 140, 150, 154) mit einem durch Bewegung der Sensoreinrichtung veränder baren Drosselquerschnitt aufweist.

4. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung ein bewegliches Teil (42, 122, 136, 146, 152) umfaßt, das in Richtung der ersten Drossel ventil-Endstellung vorgespannt und durch den hydraulischen Druck in der Hochdruckkammer (46) in Richtung der zweiten Endstellung mit geschlossenem Drosselquerschnitt beaufschlagt ist (Fig. 1, 23, 26, 27, 29).

5. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung ein bewegliches Teil (100) umfaßt, das in Richtung der zweiten Drosselventil-Endstellung mit noch geöffnetem Drosselquerschnitt vorgespannt und durch den hydraulischen Druck in der Hochdruckkammer (46) in Richtung der ersten Drosselventil-Endstellung beaufschlagt ist (Fig. 19).

6. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil der Sensoreinrichtung ein durch eine Feder (44, 102, 160) vorgespannter Schieber (42, 100, 122, 136, 152) ist (Fig. 1, 19, 23, 26, 29).

7. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil der Sensoreinrichtung eine durch Eigenspannung vorgespannte Membrane (146) ist (Fig. 27).

8. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseldurchgang (40, 106, 126, 150, 154) im beweg lichen Teil (42, 100, 122, 146, 152) der Sensoreinrichtung ausgebildet und zur Verringerung seines Drosselquerschnitts ein unbewegliches, nadelförmiges Verschlußteil (50, 104, 114, 142, 158) vorgesehen ist (Fig. 1, 23, 26, 27 29).

9. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosseldurchgang (140) im Zylinderblock (20) aus gebildet und das bewegliche Teil (136) der Sensoreinrichtung als nadelförmiges Verschlußteil ausgebildet ist (Fig. 19).

10. Hydraulische Kupplung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturempfindliches Verformungsglied (45) in der Hochdruckkammer (46) angeordnet ist, das das Drosselventil (42, 44, 50) bei Temperaturanstieg in der Hochdruckkammer (46) in zunehmendem Maß in Richtung der zweiten Endstellung mit geschlossenem Drosselquerschnitt be aufschlagt.

11. Hydraulische Kupplung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Absperrventile (70) zur Ölabführung aus der Hochdruck kammer (46) entfernbar im zentralen Bereich des Zylinderblocks (20) angeordnet sind, und daß Absperrventile (72) zur Öleinspritzung sowie Absperrventile (74) zur Ölabführung entfernbar im Gehäuse (10) angeordnet sind.

12. Hydraulische Kupplung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Kolben (60) zur Erzeugung einer mittels einer Feder (58) vorgegebenen Vorlast und für den Ausgleich einer Änderung des Ölvolumens in der Nieder druckkammer (48) vorgesehen ist.

13. Hydraulische Kupplung nach wenigstens einem der vorher gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Entlastungsventil (66, 68) zur Begrenzung des Maximaldrucks in der Hochdruckkammer (46).

14. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlastungsventil (66, 68) die Hochdruckkammer (46) mit der Niederdruckkammer (48) verbindet.