DE4107240A1 - Viskokupplung - Google Patents

Description

Viskokupplung zur Übertragung von Drehmoment über eine Viskoflüssigkeit hoher Viskosität, mit einem ersten und einem zweiten drehmomentübertragenden Körper, die relativ drehbar zueinander angeordnet sind, einer mit einer Viskoflüssigkeit zumindest teilweise gefüllten Arbeitskammer und einer Vielzahl von abwechselnd in der Arbeitskammer angeordneten ersten und zweiten Lamellen, wobei die Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und zweiten drehmomentübertragenden Körper über den Scherwiderstand der Viskoflüssigkeit zwischen den ersten und zweiten Lamellen bewirkt wird.

Es ist bekannt, daß eine herkömmliche Viskokupplung aus einem ersten drehmomentübertragenden Körper, einem gegenüber diesem drehbar angeordneten zweiten drehmomentübertragenden Körper, einer mit einer Viskoflüssigkeit gefüllten Arbeitskammer, einer Vielzahl von auf dem ersten drehmomentübertragenden Körper drehbar angeordneten ersten Kupplungslamellen und einer Vielzahl von auf dem zweiten drehmomentübertragenden Körper drehbar angeordneten zweiten Kupplungslamellen besteht, wobei die zweiten Lamellen in der Arbeitskammer in einem Abstand voneinander abwechselnd mit den ersten Lamellen angeordnet sind und wobei der Scherwiderstand der Viskoflüssigkeit gegenüber der Drehung des einen drehmomentübertragenden Körpers gegenüber dem anderen drehmomentübertragenden Körper ein Mittel zur Drehmomentübertragung zwischen den drehmomentübertragenden Körpern bildet, wobei dieses Drehmoment automatisch so variiert, daß es im wesentlichen proportional zu der zwischen den drehmomentübertragenden Körpern bestehenden Drehzahldifferenz ist.

In dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 01-1 09 626 wird eine derartige Flüssigkeitsreibungskupplung offenbart. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Kupplung ist so ausgelegt, daß sie periodisch betrieben wird, indem von der Volumenänderung eines piezoelektrischen Elementes Gebrauch gemacht wird, wodurch Drehmoment periodisch zwischen einer der Lamellen und dem drehmomentüber­ tragenden Körper der Viskokupplung übertragen wird.

Bei diesem Kupplungsvorschlag stehen eine der Lamellen und der drehmomentübertragende Körper zu dem Zeitpunkt der Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes miteinander in Verbindung, während diese Verbindung gelöst wird, wenn das piezoelektrische Element wieder schrumpft. Bei Verbindung der beiden Teile fließt die Viskoflüssigkeit aufgrund ihrer Viskosität nur langsam von den Kontaktbereichen zwischen den Lamellen und dem piezoelektrischen Element ab, und wenn das piezoelektrische Element schrumpft, fließt die Flüssigkeit wiederum nur langsam in die Kontaktbereiche. Aus diesem Grunde ist sowohl bei eingerückter wie ausgerückter Viskokupplung die Reaktion langsam und unbefriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Viskokupplung zu schaffen, die periodisch Drehmoment zwischen den drehmomentübertragenden Körpern übertragen kann, und zwar mittels einer Kupplung, die in die Viskokupplung integriert ist und die die periodische Reaktion zwischen den genannten Körpern zur schnelleren Zu- und Abschaltung der Drehmomentübertragungsposition verbessert.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Lamellen­ kupplung zur Einstellung der Drehmomentübertragung zwischen wenigstens einer der Lamellen und den drehmoment­ übertragenden Körpern, durch extern beaufschlagbare Betätigungsmittel für die Lamellenkupplung zur Druck­ ausübung auf die Kupplungslamellen der Lamellenkupplung, wobei Durchgänge für die Viskoflüssigkeit zu Kontakt­ bereichen zwischen den Lamellen der Lamellenkupplung und denen der Viskokupplung vorhanden sind.

Bei der gegenwärtigen Erfindung werden die im Anschluß an die Lamellen der Flüssigkeitsreibungskupplung angeordneten ersten und zweiten Lamellen der Viskokupplung mit dem drehmomentübertragenden Körper verbunden bzw. davon getrennt, indem die Lamellenkupplung mit Hilfe der Betätigungsmittel eingerückt bzw. ausgerückt wird. Bei beiden Vorgängen kann die Viskokupplung problemlos durch die Durchgänge in den Kontaktbereichen zwischen den Lamellen der Viskokupplung und denen der Lamellenreibkupplung fließen, d. h. die Viskoflüssigkeit kann durch die Durchgänge problemlos nach innen und außen fließen, wodurch die Kontaktbereiche schnell verbunden und getrennt werden können.

Bevorzugt ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Lamellen der Viskokupplung mit sich radial zumindest über den radialen Kontaktbereich zu den Kupplungslamellen erstreckenden Nuten oder Schlitzen versehen sind.

Alternativ aber auch additiv zu dieser Ausführung ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kupplungslamellen der Lamellenkupplung mit sich radial öffnenden und den benachbarten Lamellen der Viskokupplung zugewandten und sich zumindest über den radialen Kontaktbereichen zu den Lamellen erstreckenden Nuten oder Schlitzen versehen sind.

Es zeigt:

Fig. 1a einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Viskokupplung,

Fig. 1b eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 1a,

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Innenlamelle,

Fig. 2b eine Seitenansicht einer Lamelle,

Fig. 2c eine Draufsicht zu Fig. 2b und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Kraftüber­ tragungssystems eines Fahrzeuges, bei dem eine erfindungsgemäße Ausführungsform zur Anwendung kommt.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1a, 1b, 2a, 2b und 3 im einzelnen beschrieben.

Fig. 3 zeigt das Kraftübertragungssystem eines Fahrzeuges mit Allradantrieb, bei dem die erfindungsgemäße Viskokupplung 15 zur Anwendung kommt.

Das Kraftübertragungssystem umfaßt einen Motor 1, ein Getriebe 3, ein Vorderachsdifferential 5, ein rechtes und linkes Vorderrad 7 bzw. 9, ein Verteilergetriebe 11, eine Längswelle 13, eine erfindungsgemäße Viskokupplung 15, ein Hinterachsdifferential 17, ein rechtes und linkes Hinterrad 19 bzw. 21.

Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Viskokupplung 15 im einzelnen beschrieben.

Wie aus der Fig. 1a hervorgeht, nimmt ein Gehäuse 23 (erster drehmomentübertragender Körper) eine Nabe 25 (zweiter drehmomentübertragender Körper) auf. Beide Teile sind so angeordnet, daß sie relativ zueinander drehbar sind. Das Gehäuse 23 ist an der Längswelle 13 über einen einteilig damit verbundenen Flanschabschnitt 27 angeschlossen und ist durch die von dem Motor 1 herrührende Antriebskraft drehend antreibbar. Die Nabe 25 ist über eine Keilverzahnung mit einer Antriebsritzelwelle 29 des Hinterachsdifferentials 17 verbunden. Diese Welle 29 wird von einem Träger 33 des Hinterachsdifferentials 17 über ein Lager 31 gehalten, während das Gehäuse 23 von der Welle 29 über ein Lager 35 gehalten wird. Die Welle ist an ihrem vorderen Ende mit einer Sicherungsmutter 37 und einer Unterlegscheibe 38 versehen, und das Gehäuse 23 weist einen Sicherungsring 41 auf, wodurch eine Axialbewegung des Gehäuses 23 auf der Welle 28 vermieden wird. Zwischen dem Gehäuse 23 und der Nabe 25 ist ein Druckkörper 43 von dem hinteren Ende aus so eingesetzt, daß er in axialer Richtung beweglich ist.

Eine Arbeitskammer 45 wird von den Körpern 23, 25 und 43 definiert, ist hermetisch verschlossen und mit einem hochviskosen Silikonöl (Viskoflüssigkeit) gefüllt. Wie aus der Fig. 1a hervorgeht, sind X-Ringe 47 und 48 (Dichtungen mit einem X-förmigen Querschnitt) zwischen den Körpern 23 und 43 bzw. zwischen den Körpern 23 und 25 angeordnet, während ein O-Ring 51 zwischen den Körpern 25 und 43 vorgesehen ist, so daß die Arbeitskammer 45 flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist.

Wie vergrößert in der Fig. 1b gezeigt wird, sind Außenlamellen 53 (erste Lamellen) und Innenlamellen 55 (zweite Lamellen) abwechselnd in der Arbeitskammer 45 angeordnet. Die Außenlamellen 43 greifen axial beweglich in eine in axialer Richtung sich erstreckende, auf dem Innenumfang des Gehäuses 23 vorgesehene Keilverzahnung 57 ein, sind aber nicht in Umfangsrichtung des Gehäuses 23 beweglich. An dem inneren Ende der Innenlamellen 55 sind Kupplungslamellen 61 (dritte Lamellen) einer Lamellenkupplung 58 abwechselnd mit den Innenlamellen 55 angeordnet. Die Lamellenkupplung 58 weist Kupplungslamellen 61 und Distanzscheiben 63 auf, die abwechselnd von den Enden aus angeordnet sind. Die Kupplungslamellen 61 greifen axial beweglich in eine axial sich erstreckende, auf dem Außenumfang der Nabe 25 vorgesehene Keilverzahnung 65 ein. Wenn die Lamellenkupplung 59 ausgerückt ist, drehen sich die Innenlamellen 55 daher nicht mit der Nabe 25. Ein Sicherungsring 66 ist in einer bestimmten Stellung auf der Nabe 25 vor der Lamellenkupplung 59 befestigt, und hinter der Lamellenkupplung 58 greift der vordere Endabschnitt des Druckkörpers 43 axial beweglich in die Keilverzahnung 65 ein. Der Druckkörper 43 dreht sich daher mit der Nabe 25.

Wie aus der Fig. 2a hervorgeht, ist jede Innenlamelle 55 auf ihrem Außenumfang mit ersten Schlitzen 67 und an ihrem Innenumfang mit zweiten Schlitzen 69 (Durchgängen) versehen. Diese Schlitze 68 erstrecken sich in radialer Richtung und nach außen über einen radialen Bereich, der durch eine gestrichelte Linie 71 angedeutet ist, welche den Außenumfang der Lamellenkupplung 58 anzeigt. Wie in den Fig. 2b und 2c gezeigt ist, ist außerdem jede Kupplungslamelle 61 auf beiden Seiten mit radialen Nuten 73 (Durchgängen) versehen. Diese Nuten 73 erstrecken sich in radialer Richtung und nach innen über einen radialen Bereich, der durch eine Linie 75 angedeutet ist, die den Innenumfang der Innenlamellen 55 anzeigt. Weiterhin sind auf beiden Seiten der Distanzscheiben 63 Nuten (Durchgänge) vorgesehen, die ähnlich den o. a. Nuten 73 ausgeführt sind.

Wenn der Druckkörper 43 nach vorne bewegt wird, werden die Innenlamellen 55, die Kupplungslamellen 61 und die Distanzscheiben 63 zwischen dem Sprengring 66 und der Vorderkante des Druckkörpers 43 zusammengedrückt, so daß die Lamellenkupplung 59 in den eingerückten Zustand versetzt wird und die Innenlamellen 55 mit der Nabe 25 verbunden werden. Wenn der Druckkörper 43 keinen Druck mehr auf die Kupplungslamellen 61 ausübt, wird die Lamellenkupplung 58 ausgerückt, so daß die Innenlamellen 55 auch von der Nabe gelöst werden.

Beim Ein- und Ausrücken der Lamellenkupplung 58 kann das Silikonöl problemlos nach innen und außen durch die Schlitze 69 der Innenlamellen 55 und die Nuten 73 der Innenlamellen 55 und der Distanzscheiben 63 in den Kontaktbereichen 78 zwischen den Innenlamellen 55 und den Kupplungslamellen 61 und zwischen den Innenlamellen 55 und den Distanzscheiben 63 fließen. Die Viskosität des Silikonöls verkürzt daher die Schaltverzögerung der Lamellenkupplung 58 sehr wesentlich, so daß die periodische Reaktion beim Ein- und Ausrücken der Viskokupplung verbessert wird.

Auf der linken Seite des Gehäuses 23 ist ein ringförmiger Zylinder 81 an dem vorderen Außenumfang des Trägers 33 befestigt und wird von diesem gehalten. Ein O-Ring 83 ist zwischem dem Zylinder 81 und dem Träger 33 angeordnet, während eine Dichtung 85 zwischen dem Zylinder 81 und dem Gehäuse 23 vorgesehen ist.

Ein Kolben 87 ist axial verschieblich in den Zylinder 81 eingeschoben. O-Ringe 89 und 81 sind in dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 87 und dem Zylinder 81 vorgesehen, so daß der Innenraum des Zylinders 81 flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Der Zylinder 81 und der Kolben 87 bilden ein Betätigungselement 83 (Anschlußmittel). Der Kolben 87 ist mit dem Druckkörper 43 über ein Lager 95 verbunden. Durch das Lager 95 wird die Drehbewegung des Druckkörpers 43 nicht auf den Kolben 87 weitergeleitet, so daß letzterer sich nicht dreht.

Wenn von einer Druckquelle aus durch ein Steuerventil hydraulischer Druck auf einen hydraulischen Anschluß 97 des Betätigungselementes 83 ausgeübt wird, bewegt dieser hydraulische Druck den Druckkörper 43 über das Lager 85 nach rechts, so daß die Lamellenkupplung 59 eingerückt wird. Die Anschlußkraft läßt sich durch Steuerung des hydraulischen Drucks einstellen, und wenn der hydraulische Druck unterbrochen wird, wird die Lamellenkupplung 59 ausgerückt. Das Betätigungselement 93 kann von dem Fahrersitz aus manuell gehandhabt werden, es kann aber auch ein automatischer Betrieb vorgesehen werden, der auf dem Fahrverhalten und den Straßenverhältnissen basiert.

Bei der oben erwähnten Ausführungsform ist die Viskokupplung so konstruiert, wie es oben beschrieben ist, aber die Lamellenkupplung kann auch seitlich der Außenlamellen angeordnet sein.

Als nächstes wird der Mechanismus der Viskokupplung 15 beschrieben.

Wenn die Lamellenkupplung 59 eingerückt ist, sind die Innenlamellen 55 mit der Nabe 25 verbunden und zwar mittels einer Kraft, die der Anschlußkraft entspricht. Die Drehbewegung des Gehäuses 23 wird durch den Scherwiderstand des Silikonöls über die Außenlamellen 53 auf die Innenlamellen 55 übertragen, um zu erreichen, daß sich die Nabe 25 über die Lamellenkupplung 59 dreht. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine große Drehzahldifferenz zwischen den Außenlamellen 53 und den Innenlamellen 55 besteht, so wird diese Differenz wesentlich begrenzt, und infolge­ dessen wird ein hohes Drehmoment übertragen. Besteht umgekehrt eine kleine Drehzahldifferenz, so wird diese Differenz im wesentlichen zugelassen, und infolgedessen wird ein niedriges Drehmoment übertragen.

Wenn die Lamellenkupplung 58 verriegelt ist, gleicht die Drehzahldifferenz zwischen den Außenlamellen 53 und den Innenlamellen 55 der Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 23 und der Nabe 25, so daß die Viskokupplung 15 drehmomentübertragende Eigenschaften zur Erzielung eines maximalen Drehmoments aufweist. Wenn zusätzlich die Anschlußkraft der Lamellenkupplung 59 reduziert wird, wird ein niedriges Drehmoment übertragen, so daß die drehmomentübertragenden Eigenschaften der Viskokupplung kontinuierlich geregelt werden können.

Wie oben beschrieben, kann bei der gegenwärtigen Erfindung die Lamellenkupplung 59 schnell ein- und ausgerückt werden, so daß auch für die Viskokupplung 15 eine schnelle Einrück- und Ausrückreaktion vorliegt. Weiterhin kann ungefähr die Hälfte der die Lamellenkupplung 58 bildenden Lamellen 61 durch Distanzscheiben 63 ersetzt werden, wobei diese Distanzscheiben 63 nicht in die Nabe 25 eingreifen, so daß die Verbindung zur Drehmomentübertragung unterbrochen wird. Wenn die Lamellenkupplung 58 ausgerückt ist, ist daher das (durch die Viskosität des Silikonöls verursachte) Schleppmoment gering. Die Lamellenkupplung 59 kann jedoch auch ausschließlich aus Kupplungslamellen 61 bestehen, ohne daß Distanzscheiben 63 verwendet werden.

Als nächstes wird die Funktion der Viskokupplung 15 unter Bezugnahme auf das Kraftübertragungssystem nach Fig. 3 beschrieben.

Wenn die Lamellenkupplung 59 ausgerückt ist, wird die Drehbewegung des Motors 1 durch das Getriebe 3 variiert und dann über das Vorderachsdifferential 5 auf das rechte und linke Vorderrad 7 bzw. 9 verteilt.

Wenn die Lamellenkupplung 59 eingerückt ist, wird die Antriebskraft von dem Motor 1 über die Viskokupplung 15 auf das Hinterachsdifferential 17 übertragen und dann auf das rechte und linke Hinterrad 19 bzw. 21 verteilt, so daß das Fahrzeug mit Allradantrieb läuft.

Selbst bei Allradantrieb, wenn die Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern gering ist, wie dies z. B. bei guten Straßenverhältnissen der Fall ist, wird aufgrund der Eigenschaften der Viskokupplung 15 kaum Antriebskraft auf die Hinterräder 19, 21 übertragen, so daß das Fahrzeug mit Vorderradantrieb läuft, wodurch die Kraftstoffkosten reduziert werden. Wenn jedoch bei den Vorderrädern 7, 9 Schlupf auftritt, wie dies z. B. bei schlechten Straßenverhältnissen der Fall sein kann, und die Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern groß ist, wird die Antriebskraft über die Viskokupplung 15 auf die Hinterräder 18, 21 übertragen, wodurch das Fahrverhalten bei schlechten Straßenverhältnissen verbessert wird.

Da eine geringe Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern von der Viskokupplung aufgenommen wird, ist eine gleichmäßige Kurvenfahrt möglich, und Bremsen in scharfen, steilen Kurven bei niedriger Geschwindigkeit kann vermieden werden.

Wenn die Lamellenkupplung 58 ausgerückt ist, ist die freie Drehung der Hinterräder 19, 21 keinem wesentlichen Schleppmoment ausgesetzt, so daß das Fahrzeug mit Vorderradantrieb fährt. In diesem Zustand beeinflußt die Viskokupplung die Bremskraft zwischen den Vorder- und Hinterrädern nicht, und die normale Funktion z. B. des Antiblockiersystems kann geschützt werden.

Das Fahrzeug kann durch die Viskokupplung schnell von Vorderradantrieb auf Allradantrieb umgestellt werden, und außerdem können Fahrverhalten und Sicherheit verbessert werden.

In diesem Zusammenhang und unter Bezugnahme auf die in den Kontaktbereichen 79 vorgesehenen Durchgänge können die Innenlamellen 55 mit Nuten und die Kupplungslamellen 61 und die Distanzscheiben 63 mit Schlitzen versehen werden. Die Durchgänge können beliebig in den Innenlamellen 55, den Kupplungslamellen 61 und den Distanzscheiben 63 vorgesehen werden. Diese Schlitze können außerdem in Drehrichtung geneigt sein. Wenn die Kanten der Schlitze und Nuten abgeschrägt oder abgerundet sind, kann das Silikonöl wirkungsvoll in die Kontaktbereiche 78 und aus diesen wieder herausfließen.

Erfindungsgemäß kann die Einstellung der drehmomentübertragenden Eigenschaften und der periodischen Drehmomentübertragung über eine in der Viskokupplung gelagerte Lamellenkupplung erreicht werden, wobei die Viskoflüssigkeit durch entsprechend angeordnete Durchgänge problemlos in die Kontaktbereiche der Lamellenkupplung und aus diesen wieder heraus fließen kann, wodurch eine schnelle Reaktion für die Drehmomenteinstellung erzielt wird.

Bezugszeichenliste

 1 Motor
 3 Getriebe
 5 Vorderachsdifferential
 7 linkes Vorderrad
 9 rechtes Vorderrad
11 Verteilergetriebe
13 Längswelle
15 Viskokupplung
17 Hinterachsdifferential
19 linkes Hinterrad
21 rechtes Hinterrad
23 Gehäuse/erster drehmomentübertragender Körper
25 Nabe/zweiter drehmomentübertragender Körper
27 Flanschabschnitt
29 Antriebsritzelwelle
31 Lager
33 Träger
35 Lager
37 Sicherungsmutter
39 Unterlegscheibe
41 Sicherungsring
43 Druckkörper
45 Arbeitskammer
47 X-Ring
49 X-Ring
51 O-Ring
53 Außenlamellen (erste Lamellen)
55 Innenlamellen (zweite Lamellen)
57 Keilverzahnung
59 Lamellenkupplung
61 Kupplungslamelle (dritte Lamelle)
63 Distanzscheibe
65 Keilverzahnung der Nabe
66 Sicherungsring
67 erste Schlitze der Innenlamelle
69 zweite Schlitze der Innenlamelle
71 Linie
73 Nuten der Kupplungslamelle
75 Linie
79 Kontaktbereich
81 Zylinder
83 O-Ring
85 Dichtung
87 Kolben
89 O-Ring
91 O-Ring
93 Betätigungselement
95 Lager
97 Anschluß

Claims (3)

1. Viskokupplung zur Übertragung von Drehmoment über eine Viskoflüssigkeit hoher Viskosität, mit einem ersten und einem zweiten drehmomentübertragenden Körper, die relativ drehbar zueinander angeordnet sind, einer mit einer Viskoflüssigkeit zumindest teilweise gefüllten Arbeitskammer und einer Vielzahl von abwechselnd in der Arbeitskammer angeordneten ersten und zweiten Lamellen, wobei die Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und zweiten drehmomentübertragenden Körper über den Scherwiderstand der Viskoflüssigkeit zwischen den ersten und zweiten Lamellen bewirkt wird, gekennzeichnet durch eine Lamellenkupplung (59) zur Einstellung der Drehmomentübertragung zwischen wenigstens einer der Lamellen (52, 55) und den drehmomentübertragenden Körpern (23. 25), durch extern beaufschlagbare Betätigungsmittel für die Lamellenkupplung (58) zur Druckausübung auf die Kupplungslamellen (61) der Lamellenkupplung (59), wobei Durchgänge für die Viskoflüssigkeit zu Kontaktbereichen zwischen den Lamellen (61) der Lamellenkupplung (59) und denen der Viskokupplung vorhanden sind.

2. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (53, 55) der Viskokupplung (15) mit sich radial zumindest über den radialen Kontaktbereich zu den Kupplungslamellen (61) erstreckenden Nuten oder Schlitzen (67, 69) versehen sind.

3. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungslamellen (61) der Lamellenkupplung (59) mit sich radial öffnenden und den benachbarten Lamellen (53, 55) der Viskokupplung (15) zugewandten und sich zumindest über den radialen Kontaktbereich zu den Lamellen (53, 55) erstreckenden Nuten (73) oder Schlitzen versehen sind.