DE4020241A1

DE4020241A1 - Hydraulisch betaetigte lamellenkupplung

Info

Publication number: DE4020241A1
Application number: DE4020241A
Authority: DE
Inventors: Karlmann Hamma; Franz Boss
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1991-01-17

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Lamellenkupplung, die als vorrangig nasse Schaltkupplung wirkt und über Ringkolben in Verbindung mit mindestens einem Druckraum direkt angelegt und geschlossen und durch Federkraft geöffnet wird und wobei die Steuerung für eine weiche Koppelung in den neuen Gang fahrzustandsabhängig erfolgt.

Eine solche hydraulisch betätigte Lamellenkupplung ist aus der DE-C 29 41 935 bekannt. Diese Kupplungen haben sich auch bewährt, wenn man von der schweren Steuerbarkeit dieser so aufgebauten Kupplung absieht. Infolge des Einflusses der drehzahlabhängigen Fliehkräfte auf die großen Füllungen der Druckräume und auf den großen Ringkolben gibt es sehr große drehzahlabhängige Druckschwankungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einer hydraulisch betätigten Lamellenkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 diesen Einfluß zu verringern bzw. ganz zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen vom Anspruch 1 erfüllt. Dem Steuerdruck aus der Kupplungssteuereinrichtung für die Druckräume überlagert sich unvermeidbar der aus der Drehzahl der Kupplung sich ergebende fliehkraftabhängige Druck. Während nun nach dem Stand der Technik dafür kein Ausgleich vorgesehen ist, wirkt die Ausgleichseinrichtung am Ringkolben diesem überhöhten und laufend schwankenden Druck entgegen, so daß auf den Ringkolben in axialer Richtung nur der Druck aus der Kupplungssteuereinrichtung verbleibt. Wird ein mit Öl gefüllter Kolbenraum am Ringkolben, in axialer Richtung gesehen, gegenüber dem Druckraum angeordnet, so kann die Fliehkrafteinwirkung, falls etwa das gleiche Volumen im Kolbenraum wie auch in den Druckräumen zur Verfügung steht, ausgeglichen werden. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines der Fliehkraft unterworfenen Festkörpers, z. B. von Kugeln, weil infolge der höheren Masse des Festkörpers mit kleineren Abmessungen der gleiche Ausgleich erzielt werden kann. Darüber hinaus ermöglichen solche Festkörper noch eine einfachere Bauweise, und es gibt keine Dicht- und Befüllprobleme und auch keine Leckverluste. Bei Rückschaltungen (Schubschaltungen) sind sowohl nach der Ausführung des ölbefüllten drucklosen Kolbenraumes wie auch mit fliehkraftabhängigen Festkörpern die Schließkräfte der Kupplung unabhängig von der Drehzahl, so daß eine gleiche Schaltqualität bei jeder Drehzahl erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Kupplung infolge der Ausgleichseinrichtung schneller öffnet. Besonders vorteilhaft kann auch eine Kombination eines ölbefüllten drucklosen Kolbenraumes in Verbindung mit fliehkraftabhängigen Festkörpern, vorrangig Kugeln, sein, wenn diese als Ausgleichseinrichtung zum Einsatz kommen. Durch das Variieren von Kolbenfläche, Winkel am Festkörper, Gewicht und Anzahl der Festkörper kann jedes gewünschte Schaltmoment drehzahlabhängig erreicht werden. Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist es möglich, die mit dem Festkörper in Verbindung kommenden Konturen des Ringkolbens sowie der Festkörperbahn in der Druckscheibe mit einer verschleißfesteren Schicht zu versehen.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt einer hydraulisch betätigten Lamellenkupplung mit einem ölbefüllten Kolbenraum als Ausgleichseinrichtung;

Fig. 2 einen Teilschnitt einer hydraulisch betätigten Lamellenkupplung mit einer Druckscheibe und einem Festkörper als Ausgleichseinrichtung;

Fig. 3 einen Teilschnitt einer hydraulisch betätigten Lamellenkupplung mit der Kombination eines ölbefüllten Kolbenraumes in Verbindung mit einer Druckscheibe und einem Festkörper als Ausgleichseinrichtung;

Fig. 4 einen Querschnitt einer Druckscheibe;

Fig. 5 eine Druckscheibe in Draufsicht, teilweise dargestellt;

Fig. 6 ein Schnitt im Bereich der Kugelbahn/ Festkörperbahn nach Fig. 4.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine hydraulisch betätigte Lamellenkupplung 1 im Halbschnitt dargestellt. Das umlaufende Gehäuse 13 ist mit der Eingangswelle der Lamellenkupplung 11 verbunden, wobei sowohl die Eingangswelle 11 wie das Gehäuse 13 über das Lager 91 an dem feststehenden Gehäuse 9 abgestützt wird. In dem umlaufenden Gehäuse 13 ist das Lamellenpaket 2 über den Außenlamellenträger 22 fest angeordnet, während der Innenlamellenträger 21 in bekannter Weise dreh- und axial fest mit der Getriebeingangswelle 4 verbunden ist. Zur Betätigung des Lamellenpaketes 2 der Lamellenkupplung 1 ist im umlaufenden Gehäuse 13 noch der Ringkolben 3 mit dem inneren Druckraum 51 und dem äußeren Druckraum 52 angeordnet. An dem Gehäuse 13 sind noch ein oder mehrere Steuerventile und Befüll- und Entleerungsventile 12 befestigt, wobei das Steuerventil in Umfangsrichtung hinter dem Befüll- und Entleerventil liegt und deshalb nicht dargestellt ist. Die Anordnung der Steuer- und Befüll- und Entleerventile ist aus der DE-C 29 41 935 aus Fig. 3 bekannt. Zur Bildung eines ölbefüllten Kolbenraumes 6 ist eine Scheibe 61 über Schrauben 14 mit dem Gehäuse 13 verbunden. Zur Abdichtung der Druckräume 51, 52 am Ringkolben 3 gegenüber dem umlaufenden Gehäuse 13 sind in dem Ringkolben noch Dichtungen 53 angeordnet. Der Kolbenraum 6, in dem noch eine Rückstellfeder 63 für den Ringkolben 3 angeordnet ist, wird über die Dichtung 62 gegenüber dem Ringkolben 3 und dessen Bewegung öldicht gestaltet.

Während in Fig. 1 die obere Hälfte der hydraulisch betätigten Lamellenkupplung dargestellt ist, zeigen die Fig. 2 und 3 deren untere Hälfte. Der prinzipielle Aufbau ist also völlig gleich, und die gleichen Teile haben auch die gleiche Nummer. Lediglich die Ausgleichseinrichtungen sind anders gestaltet. So ist anstelle des ölgefüllten Kolbenraumes 6 nach Fig. 1 ein Festkörper 7, in diesem Falle eine Kugel, in Verbindung mit einer Druckscheibe 8 angeordnet. Der infolge der Fliehkraft wirkende zusätzliche Druck in den inneren und äußeren Druckräumen 51, 52 wird über eine der Fliehkraft unterworfene Kugel 7 ausgeglichen. Da die Druckscheibe fest angeordnet ist, drückt die infolge der Fliehkraft nach außen geschleuderte Kugel 7 gegen den Ringkolben 3, weil die Druckscheibe 8 fest und die Kugelbahn 83 geneigt angeordnet ist. Die Fig. 3 zeigt im Zusammenhang mit der Ausgleichseinrichtung eine Kombination aus einem mit Öl gefüllten Kolbenraum 60 in Verbindung mit einer Kugel 70 und einer Druckscheibe 80. Die Druckscheibe 80 ist gleichzeitig Abschlußscheibe des Kolbenraumes 60. Zum Ringkolben 3 hin ist in der Druckscheibe 80 noch eine Dichtung 620 angeordnet. Der Bereich des Ringkolbens 3 sowie der Druckscheibe 8, 80 der bei der axialen Verschiebung des Ringkolbens mit der Kugel in Berührung kommt, kann noch über besondere Wärmebehandlungen oder Beschichtungen oder auch Platierungen besonders verschleißfrei gestaltet sein. In Fig. 4 ist die Druckscheibe 8 ganz und im Schnitt dargestellt. In der zentralen Bohrung 82 findet sowohl die Getriebeeingangswelle 4 wie auch der Fuß 210 des Innenlamellenträgers Platz. Die Bohrung 81 ist eine einfache Durchgangsbohrung und nimmt die Befestigungsschraube auf. Wie Fig. 5 zeigt, sind dabei mehrere, z. B. zwanzig Bohrungen, in einer 18-Grad-Teilung angeordnet. Auch die Kugelbahnen 83 sind z. B. in einer 30-Grad-Teilung am Umfang verteilt und nehmen jeweils einen Festkörper/eine Kugel 7 bzw. 70 auf. Zwischen den Kugelbahnen sind noch, wie der obere Querschnitt in Fig. 4 zeigt, Bohrungen 84 zur Aufnahme von Rückstellfedern für den Ringkolben angeordnet. Die Neigung der Kugelbahn hängt von den Bedingungen ab und muß noch außerhalb der Selbsthemmung, z. B. bei ca. 18 bis 22 Grad, liegen. Aus Fig. 6 ist der Querschnitt der Kugelbahn 83 in der Druckscheibe 8, 80 erkennbar, wobei sich dieser nach dem Festkörper/der Kugel richtet. Die hydraulisch betätigte Lamellenkupplung nach den Fig. 1 bis 3 wirkt wie folgt:
Zum Anlegen der Lamellen 23, 24 in dem Lamellenpaket 2 wird das von der nicht dargestellten Pumpe über die Leitungen 110 in der Eingangswelle 11 der Lamellenkupplung 1 und der Leitungen 41 in der Getriebeeingangswelle 4 geförderte Druckmittel über die Blende 18 in der Leitung 17 dem äußeren Druckraum 52 zugeleitet. Infolge der unterschiedlichen Drehrichtungen bei Zug oder Schub verdreht sich der Ringkolben 3 entsprechend und ein Ventil 19 bleibt bei Schub geschlossen, während dieses infolge dieser Verdrehung bei einer Zugschaltung geöffnet wird. Über dieses Ventil 19 erfolgt die Befüllung der Druckräume 52, 51 über einen größeren Querschnitt und damit schneller. Der Druck des Druckmittels in den Leitungen, insbesondere mit großem Querschnitt, und in den Druckräumen 51, 52 wird im großen Maße von der Fliehkraft und damit von der Drehzahl der umlaufenden Lamellenkupplung 1 beeinflußt, so daß es bei höheren Drehzahlen auch schnellere und härtere Schaltungen gibt. Um dieser drehzahlabhängigen Beeinflussung des Druckes in dem Druckraum 51, 52 auf dem Ringkolben entgegenzuwirken, sind die schon beschriebenen Ausgleichseinrichtungen in Form eines ölbefüllten Kolbenraumes 6 nach Fig. 1 einer mechanischen Ausgleichseinrichtung mit Festkörper 7 und Druckscheibe 6 nach Fig. 2 oder auch einer Kombination aus beiden mit dem Kolbenraum 60, Festkörper 70 und Druckscheibe 80 nach Fig. 3 angeordnet. Alle Ausgleichseinrichtungen wirken beim Öffnen der Kupplung und der Entlüftung der Druckräume 51, 52 beschleunigend auf die axiale Bewegung des Ringkolbens 3 und damit auf die Öffnung der Kupplung.

Anstelle der Kugeln als Festkörper 7, 70 können auch anders geformte Teile, z. B. Rollen, verwendet werden.

Bezugszeichen

  1 Lamellenkupplung
11 Eingangswelle der Lamellenkupplung
110 Leitungen
12 Befüll- und Entleerventil
13 umlaufendes Gehäuse
14 Schraube
15 Befüllschlitze
16 Befüllschlitze
  2 Lamellenpaket
21 Innenlamellenträger
210 Fuß von Innenlamellenträger
22 Außenlamellenträger
23 Innenlamellen
24 Außenlamellen
25 Endlamelle
26 Außenlamelle
  3 Ringkolben
31 Nocken
32 Verschleißschicht
  4 Getriebeeingangswelle
41 Leitungen
42 Nadellager
43 Dichtung
  5 Druckraum
51 innerer Druckraum
52 äußerer Druckraum
53 Dichtungen
  6, Kolbenraum
60 Kolbenraum
61 Scheibe
62, Dichtungen
620 Dichtungen
63 Feder
7/8 mechanische Ausgleichseinrichtung
  7, Festkörper/Kugel
70 Festkörper/Kugel
  8, Druckscheibe
80 Druckscheibe
81 Bohrung für Befestigung
82 zentrale Bohrung
83 Festkörperbahn/Kugelbahn
84 Bohrung
85 Verschleißschicht
  9 feststehendes Gehäuse
91 Kugellager

Claims

1. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1), die als vorrangig nasse Schaltkupplung wirkt und über Ringkolben (3) in Verbindung mit mindestens einem Druckraum (5) direkt angelegt und geschlossen sowie durch Federkraft (Feder 63) geöffnet wird, und wobei die Steuerung für eine weiche Koppelung in den neuen Gang fahrzustandsabhängig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Ringkolben (3) eine auf diesen wirkende Ausgleichseinrichtung (6, 7/8) angeordnet ist, durch die die aus der Fliehkraft in den mindestens einem Druckraum (5, 51, 52) bei unterschiedlichen Drehzahlen herrührenden Druckdifferenzen ausgeglichen werden.

2. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ringkolben (3), dem mindestens einem Druckraum (5, 51, 52) in axialer Richtung gegenüberliegend ein ölbefüllter, im Prinzip druckloser Kolbenraum (6) angeordnet ist, dessen Ölfüllung drehzahlabhängig dem der Rotation unterworfenen Drucköl in dem Druckraum (5) entgegenwirkt.

3. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fliehkraftunterworfene Festkörper (7) in Verbindung mit einer Druckscheibe (8) als Ausgleichseinrichtung am Ringkolben (3) angeordnet ist und dem Rotationsdruck in den gegenüberliegenden Druckräumen entgegenwirkt.

4. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem am Ringkolben (3) den Druckräumen in axialer Richtung gegenüberliegend ein ölbefüllter im Prinzip druckloser Kolbenraum (60) angeordnet ist, und daß in diesem Kolbenraum noch der Fliehkraft unterworfene Festkörper (70) sich befinden, und daß sowohl die Festkörper sowie die Ölfüllung in dem Kolbenraum dem Rotationsdruck in den gegenüberliegenden Druckräumen (51, 52) entgegenwirken.

5. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei Druckräume (51, 52) am Ringkolben (3) angeordnet sind,
- daß vorrangig dem inneren Druckraum (51) in axialer Richtung gegenüberliegend auf der anderen Seite des Ringkolbens (3) ein ölbefüllter Kolbenraum (6) angeordnet ist,
- daß der Kolbenraum (6) vom umlaufenden Gehäuse (13) und einer mit diesem Gehäuse fest verbundenen (Schraube 14) Scheibe (61) sowie der Kontur des Ringkolbens (3) gebildet wird,
- und daß zwischen der Scheibe (61) und dem Ringkolben (3) eine Dichtung (62) angeordnet ist (Fig. 1).

6. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf in den Kolbenraum (3) hineinragenden auf den Umfang verteilten Nocken (31) des Ringkolbens (3) Druckfedern (63) zur Rückführung des Ringkolbens (3) beim Öffnen der Kupplung angeordnet sind.

7. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei Druckräume (51, 52) am Ringkolben (3) angeordnet sind,
- daß mit dem Kupplungsgehäuse (13) fest verbunden (Schraube 14) eine Druckscheibe (8) angeordnet ist,
- daß die Druckscheibe (8) am Umfang verteilte Bahnen für den Festkörper, z. B. Kugelbahnen (83), aufweist,
- daß die z. B. Kugelbahnen (83) nach radial außen zu in Richtung zum Ringkolben hin geneigt sind,
- und daß in den Bahnen (83) jeweils ein Festkörper, z. B. eine Kugel (7), der Fliehkraft unterworfen gegen den Ringkolben (3) gedrückt wird (Fig. 2).

8. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsbereich des Festkörpers/der Kugel (7) am Ringkolben (3) und an der Druckscheibe (8) jeweils dem Verschleiß verhindernde oder zumindest mindernde Schichten (32, 85) angeordnet sind.

9. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei Druckräume (51, 52) am Ringkolben (3) angeordnet sind,
- daß vorrangig dem inneren Druckraum (51) in axialer Richtung gegenüberliegend auf der anderen Seite des Ringkolbens (3) ein ölbefüllter Kolbenraum (60) angeordnet ist,
- daß der Kolbenraum (60) vom umlaufenden Gehäuse (13) und einer diesem Gehäuse fest verbundenen (Schraube 14) Druckscheibe (80) sowie der Kontur des Ringkolbens (3) gebildet wird,
- daß zwischen dem Ringkolben (3) und der Druckscheibe (80) eine Dichtung (620) angeordnet ist,
- daß im Kolbenraum (60) noch Festkörper/Kugeln (70) angeordnet sind, die in Bahnen (83) in der Druckscheibe (80) geführt werden,
- daß die Kugelbahnen (83) nach radial außen zu in Richtung zum Ringkolben hin geneigt sind,
- und daß in den Bahnen (83) jeweils ein Festkörper, z. B. eine Kugel (70), der Fliehkraft unterworfen gegen den Ringkolben (3) gedrückt wird (Fig. 3).

10. Hydraulisch betätigte Lamellenkupplung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Bereich der Druckscheibe (8, 80) am Umfang verteilt abwechselnd Kugelbahnen (83) und Bohrungen (84) zur Aufnahme von nicht dargestellten Druckfedern angeordnet sind, wobei die Kugel oder Festkörperbahnen (83) nach außen und zum Ringkolben (3) hin in einem Winkel von ca. 18 bis 25 Grad geneigt sind und die Bohrungen (84) achsparallel verlaufen.