DE4204293C1 - Auxiliary drive for four-wheel drive vehicle - is liquid filled friction coupling using thermostatically controlled radiator by=pass line in engine cooling water circuit - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einer Flüssigkeitsreibungskupplung für den Antrieb einer zweiten Achse eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem mit einer viskosen Flüs­ sigkeit gefüllten, drehbaren Außenteil, einer in das Außenteil einragenden Welle und zwei Sätzen zwischeneinandergreifender Lamellen, von denen der eine Satz mit dem Gehäuse und der an­ dere mit der Welle drehfest verbunden ist und wobei das Gehäuse mit einer weiteren Welle drehfest verbunden ist, die als An­ triebs- oder Abtriebswelle dient.

Aus der GB-A 13 57 106 ist eine gattungsgemäße Flüssigkeitsrei­ bungskupplung bekannt. Gemäß Fig. 17 wird bei einem allradge­ triebenen Fahrzeug eine Achse permanent und die zweite Achse ohne Zentraldifferential über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetrieben. Dabei ist es unwesentlich, ob die Vorderachse oder die Hinterachse permanent angetrieben ist.

Die dort verwendete Flüssigkeitsreibungskupplung ist nicht steuerbar. Solche nicht steuerbare Flüssigkeitsreibungskupplun­ gen zeigen zum Unterschied von steuerbaren ein bemerkenswertes Verhalten: bereits nach kürzerem Schlupf, der beim Druchdrehen der permanent angetriebenen Räder auftritt, steigt das übertra­ gene Drehmoment steil an. Dieser Zustand wird als "Hump" be­ zeichnet und entsteht dadurch, daß durch die Verlustleistung Temperatur und Druck im Inneren der Kupplung ansteigen, bis sich die Lamellen paarweise aneinanderlegen und so Mischrei­ bung auftritt.

Dieser Zustand ist erwünscht, weil dadurch in schwerem Gelände wenn nötig die Wirkung eines echten Allradantriebes mit ge­ sperrtem Zentraldifferential entsteht. Er hat aber den Nach­ teil, daß bei der Dimensionierung des im "Hump" zugeschalteten Antriebsstranges der ungünstigste Fall, nämlich das während des Humps auftretende Moment zugrundegelegt werden muß.

Bei vollem Rutschen der permanent angetriebenen Räder muß das gesamte Antriebsmoment über den zugeschalteten Antriebsstrang übertragen werden. Dadurch wird dieser konstruktiv aufwendig schwer und teuer. Bei einem Allradantrieb, der nur zum Über­ winden von Steigungen und zum Anfahren bei schlechter Boden­ haftung gedacht ist, ist eine solche Auslegung unwirtschaft­ lich und erschwert den Anbau eines zuschaltbaren Allradantrie­ bes an bestehende konventionelle Fahrzeuge.

Zwar ist es aus der DE 40 19 885 bekannt, durch Verlegen eines Heizdrahtes im Außenteil der Flüssigkeitsreibungskupp­ lung zu verhindern, daß diese bei sehr tiefen Außentemperatu­ ren die Wirkung einer formschlüssigen Sperre ausübt, doch kann das auftretende Drehmoment auf diese Weise nicht beeinflußt werden.

Aue der DE-OS 37 08 054 ist es bekannt, die Lager der Flüssig­ keitskupplung mit einem Schmiermittel aus dem Differentialgetrie­ be zu schmieren. Schließlich ist in der DE-OS 39 40 259 eine Flüssigkeitsreibungskupplung beschrieben, bei der die viskose Flüssigkeit zur Kühlung in einen Vorratsbehälter gepumpt wird, wenn die Flüssigkeitsreibungskupplung nicht mit Druck beauf­ schlagt wird. Bei Druckbeaufschlagung findet jedoch keine Kühlung statt.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Flüssigkeitsreibungskupplung für den Antrieb einer zusätzlichen Treibachse zu schaffen, bei der die Schlupf-Drehmomenten-Kennlinie möglichst gleichbleibt und keine Drehmomentspitzen im Antrieb der zusätzlichen Achse auftreten.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik wird das dadurch erreicht, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung in einem stillstehenden Gehäuse angeordnet ist, das von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist, wobei die Kühlflüssigkeit Kühlwasser aus dem Motorkühlsystem ist, das in einem Neben­ kreislauf geführt ist.

Dadurch kann die Verlustleistung der Flüssigkeitsreibungskupp­ lung bei Schlupf als Wärme abgeführt werden und ihre Tempera­ tur bleibt weitgehend konstant. Dadurch ändert sich die Schlupf-Drehmoment-Kennlinie nicht und es kann auch der Druck im Inneren der Kupplung nicht ansteigen, so daß kein "Hump" auftritt. Der die Flüssigkeitsreibungskupplung enthaltende Antriebszug kann somit auf das durch diese unveränderliche Kennlinie bestimmte Drehmoment ausgelegt werden. So ergibt sich eine besonders leichte und platzsparende Konstruktion.

Es braucht kein getrenntes Kühlsystem vorgesehen zu sein.

Es genügt, bei entsprechender Ausbildung des Gehäuses der Flüssigkeitsreibungskupplung, zwei zusätzliche Schlauchver­ bindungen zum Motorkühlkreislauf vorzusehen. Dadurch ist auch unter extremen Bedingungen gewährleistet, daß kein "Hump" auftritt, weil das Flüssigkeitsvolumen des Motorkühlsystems und die Leistung von Kühlwasserpumpe und Kühler so groß ist, daß das Motorkühlsystem als Puffer wirkt und auch große zu­ sätzliche Wärmemengen an die Umgebung abgeben kann.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Nebenkreislauf für die Flüssigkeitsreibungskupplung zwischen der Mündung der Kurz­ schlußleitung und der Wasserpumpe abzweigt und vor dem Thermo­ staten wieder in den Kühlwassersammler mündet. Es genügt also, an den Verbindungsschläuchen zwischen Motor und Kühler T- Stücke anzubringen und es ist keine konstruktive Änderung des Motorkühlsystems erforderlich.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Flüssigkeitsreibungs­ kupplung ein bei niedriger Temperatur geschlossenes Thermo­ statsventil aufweisen. Dadurch wird bei sehr tiefer Temperatur die Flüssigkeitsreibungskupplung durch ihre eigene Verlustwär­ me schnell auf Betriebstemperatur gelangen, zumal naturgemäß das feste Gehäuse um die Flüssigkeitsreibungskupplung mög­ lichst klein und dadurch das Kühlflüssigkeitsvolumen zwischen rotierendem Gehäuse und dem Außengehäuse sehr gering ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen erläu­ tert:

Fig. 1 Schematische Darstellung der Anordnung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung in einem allradgetriebenen Fahrzeug,

Fig. 2 Variante zur Fig. 1,

Fig. 3 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Flüs­ sigkeitsreibungskupplung,

Fig. 4 Kennlinie der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungs­ kupplung.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Antriebssystem eines allradgetriebenen Fahrzeuges besteht aus einem Motor 1 mit Schaltgetriebe 2 und einem Verzweigungsgetriebe 3, von dem aus die permanent angetriebenen Räder 4 und über eine Flüssigkeits­ reibungskupplung 6 die selbsttätig zuschaltbar angetriebenen Räder 5 angetrieben werden. Das zu übertragende Drehmoment wird von einer Antriebswelle 7 in die Flüssigkeitsreibungskupplung 6 eingetragen und von einer Abtriebswelle 8 an die entsprechenden Räder 5 weitergeleitet.

In Fig. 2 sind in etwas anderer Anordnung dieselben Bau­ elemente vorgesehen, ihre Bezugszeichen sind um 10 erhöht. Der Unterschied besteht darin, daß in Fig. 1 die Hinterräder und in Fig. 2 die Vorderräder permanent angetrieben sind, in letz­ terer direkt vom Verzweigungsgetriebe 13 aus.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäß ausgestaltete Flüssigkeits­ reibungskupplung 6 schematisch und durch Vergrößerung hervorge­ hoben dargestellt. Sie besteht aus einem rotierenden und mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten Außenteil 20, in dem dreh­ fest Außenlamellen 21 angeordnet sind und einem Innenteil 22, auf dem zwischen die Außenlamellen 21 eingreifende, mit dem In­ nenteil 22 drehfest verbundene Innenlamellen 23 befestigt sind. Der Außenteil 20 ist etwa mit der Abtriebswelle 8 drehfest ver­ bunden und der Innenteil 22 mit der Antriebswelle 7, es könnte ebensogut umgekehrt sein. Diese drehbaren Teile sind von einem stationären Gehäuse 24 umgeben, wodurch zwischen dem Außen­ teil 20 und dem Gehäuse 24 ein Hohlraum 25 gebildet wird, der nicht zu groß sein soll. Die übrigen Abdichtungen und Lager sind nicht dargestellt. Das stationäre Gehäuse 24 weist zwei Anschlußstutzen 26, 27 auf, einer von beiden zusätzlich ein Thermostatventil 28. Auf diese Teile wird weiter unten zurück­ gekommen.

Der schematisch darüber dargestellte Motor 1 des Kraftfahrzeu­ ges verfügt über einen Kühlkreislauf, der besteht aus einem Kühler 30, einer Vorlaufleitung 31, einer Kühlwasserpumpe 32, dem Motorkühlmantel 33, einer Rücklaufleitung 34 mit einem Thermostaten 35 sowie einer Kurzschlußleitung 36, über die bei kaltem Motor und dadurch geschlossenem Thermostaten 35 der Mo­ torkühler 30 umgangen wird.

Die Anschlußstutzen 26, 27 des Gehäuses 24 der Flüssigkeitsrei­ bungskupplung 6 sind über einen Vorlauf 37 und einem Rück­ lauf 38, die gemeinsam mit dem Hohlraum 25 einen Nebenkreislauf für die Kühlung der Flüssigkeitsreibungskupplung bilden, an den Motorkühlkreislauf angebunden. Diese Anbindung ist von Motor zu Motor verschieden und hat sich nach der Disposition des Motor­ kühlsystems zu richten. Wesentlich ist, daß der Druck im kälte­ ren Vorlauf höher als im wärmeren Rücklauf ist. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel ist der Vorlauf 37 an der Druckseite der Kühlwasserpumpe 32 und der Rücklauf zwischen dem Thermosta­ ten 35 und dem Kühlmantel 33 angebunden.

Auf diese Weise wird ein Teil des kalten Motorkühlwassers für die Flüssigkeitsreibungskupplung abgezweigt und vor dem Kühler wieder in den Motorkühlkreislauf eingeführt. Dadurch profitiert die Flüssigkeitsreibungskupplung in vollem Umfang von der hohen thermischen Stabilität des Motorkühlsystemes.

Anhand der Fig. 4 werden nun die Auswirkungen der erfindungs­ gemäßen Einrichtung auf das Verhalten der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung 6 erläutert. In dieser ist die Kupplungstemperatur T auf der Abszisse aufgetragen und als Ordinate das übertragene Drehmoment als Kurve 40 und der Druckanstieg als Kurve 41. Die Drehmomentkurve 40 ist die höchste Kurve einer sonst nicht ein­ gezeichneten Kurvenschar, deren Parameter die Drehzahldifferenz zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle 7,8 ist. Dieses Maxi­ malmoment bei höchstem Schlupf steigt bei hohen Temperaturen, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten, stark an, die Kurve 40 entartet in einen Ast 42, der dem "Hump" entspricht. Das Drehmoment steigt dort sehr hoch. Dieser Momentenanstieg geht mit einem ebenso steilen Druckanstieg - 43 auf der Druck­ kurve 41 - einher.

Durch die erfindungsgemäße Kühlung der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung wird diese zwischen den Temperaturen T1 und T2 gehal­ ten. Bei der Temperatur T1 kann daher im Antriebsstrang des Fahrzeuges kein höheres Moment als das Moment Mdmax auftreten, das mit den üblichen Sicherheiten der Auslegung des zusätzli­ chen Antriebsstranges zugrundezulegen ist. Es ist zu erkennen, daß dieses erheblich geringer als das höchste Moment im Kur­ venast 42 ist, das auf dem Diagramm gar nicht mehr sichtbar ist.

Claims (3)

1. Flüssigkeitsreibungskupplung für den Antrieb einer zweiten Achse eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten, drehbaren Außenteil (20), einer in den Außenteil (20) einragenden Welle (22) und zwei Sätzen zwischeneinandergreifender Lamel­ len (21, 23), von denen der eine Satz (21) mit dem Außen­ teil (20) und der andere (23) mit der Welle (22) drehfest ver­ bunden ist und wobei der Außenteil (20) mit einer weiteren Welle drehfest verbunden ist, die als Antriebs- oder Abtriebs­ welle dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsrei­ bungskupplung (6) in einem stillstehenden Gehäuse (24) angeord­ net ist, das von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist wobei die Kühlflüssigkeit Kühlwasser aus dem Motor­ kühlsystem ist, das in einem Nebenkreislauf (37, 25, 38) geführt ist.

2. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, wobei das Mo­ torkühlsystem eine thermostatgesteuerte Kurzschlußleitung (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenkreis­ lauf (37, 25, 38) für die Flüssigkeitsreibungskupplung (6) zwi­ schen der Mündung der Kurzschlußleitung (36) und der Wasser­ pumpe (32) abzweigt und vor dem Thermostaten (35) wieder in das Motorkühlsystem mündet.

3. Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein bei niedriger Temperatur geschlossenes Thermostatsventil (28).