DE4406071A1 - Drehkraft-Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkraft-Kupplung, die zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Wellen zur Übertragung einer Drehkraft oder Leistung dazwischen vorgesehen ist. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Drehkraft-Kupplung eines Typs, der beispielsweise zur Verwendung zwischen den Vorder- und Hinterradachsen eines zweiachsigen Fahrzeuges konstruiert ist.

Im Allgemeinen ist eine Kupplungsvorrichtung zur Übertragung einer Drehkraft zwischen den Vorder- und Hinterachsen eines zweiachsigen Fahrzeuges mit einer Mehrscheiben-Kupplung zum Übertragen der Drehkraft zwischen den Vorder- und Hinterachsen durch Reibschlußwirkung der Kupplung ausgestattet. In einer derartigen Kupplungsvorrichtung kann es vorkommen, daß eine Mehrscheiben-Kupplung beschädigt wird, weil sie überhitzt wird, wenn Gleitreibung aufgrund einer unvollständigen Verbindung für einen langen Zeitraum besteht, um das Fahrzeug aus einer festgefahrenen Stellung zu bringen.

Ein anderer Kupplungstyp für zweiachsige Fahrzeuge weist eine Drehkraftübertragungs-Mehrscheiben-Kupplung auf, einen Kolben zum Betätigen der Kupplung und eine Druckerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Druckes in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern und zum Aufbringen des Druckes auf den Kolben, so daß die Mehrscheiben-Kupplung in einen Zustand des Reibungseingriffes gebracht wird. In der Kupplungsvorrichtung des letztgenannten Typs variiert die übertragene Drehkraft, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 angezeigt ist, in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz, und neigt dazu innerhalb des Bereiches, in dem die Drehzahldifferenz groß ist, gesättigt zu werden. Dies wirkt sich insofern nachteilig aus, daß die Mehrscheiben- Kupplung aufgrund von Überhitzung beschädigt wird, wenn die Gleitreibung aufgrund einer unvollständigen Verbindung für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird, um das Fahrzeug aus einem festgefahrenen Zustand zu befreien.

Um diese Probleme zu lösen, wurde eine Drehkraft-Kupplung oder Übertragungsvorrichtung vorgeschlagen, die, wie es in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 1-93631 beschrieben wurde, mit einem Sperrmechanismus versehen ist, in dem eine Nocke verwendet wird. Jedoch bringt diese bekannte Vorrichtung die Nachteile mit sich, daß sie aufgrund der Aufnahme des Sperrmechanismus darin eine große Baugröße hat und ferner, daß sie aufgrund der steigenden Anzahl an Teilen dafür hohe Herstellkosten verursacht.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Drehkraft-Kupplung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist, zuverlässig im Betrieb ist, niedrige Herstellkosten und ein leichtes Gewicht hat.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß eine verbesserte Drehkraft-Kupplung geschaffen wird, die, wenn eine große Drehzahldifferenz zwischen ihrem Gehäuse und einer in dem Gehäuse untergebrachten Drehwelle auftritt, in der Lage ist, eine darin verwendete Mehrscheiben-Kupplung in einen anschwellenden Zustand zu bringen, in dem, daß übertragene Moment abrupt ansteigt, ohne einen Sperrmechanismus des Nockentyps wie in der vorstehend genannten Vorrichtung aus dem Stand der Technik zu verwenden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß eine verbesserte Drehkraft-Kupplung geschaffen wird, die, wenn eine hohe Drehzahldifferenz zwischen einem Gehäuse davon und einer darin untergebrachten Drehwelle auftritt, in der Lage ist, eine darin verwendete Mehrscheiben-Kupplung in einen ersten Anschwellzustand zu bringen und beim nachfolgenden Abbruch des ersten Anschwellzustandes in einen zweiten Anschwellzustand zu bringen, so daß ein Übertragungszustand für eine große oder schwere Drehkraft für einen relativ langen Zeitraum aufrecht erhalten wird.

Darüberhinaus ist es ein Vorteil der Erfindung, eine verbesserte Drehkraft-Kupplung zu schaffen, die keine Betätigungsvorrichtung benötigt, um eine Mehrscheiben- Kupplungsanordnung in einen Übertragungszustand mit hoher Drehkraft zu bringen, wenn auf die Kupplung eine hohe Drehzahldifferenz wirkt.

Es ist ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung, daß eine derartige verbesserte Drehkraft-Kupplung geschaffen wird, die für jeden Kupplungstyp verwendbar ist, in dem sich eine Mehrscheiben-Kupplungsanordnung befindet.

Zusammengefaßt, weist eine erfindungsgemäße Drehkraft-Kupplung zum Übertragen einer Drehkraft zwischen dem Gehäuse und einer drehbar in dem Gehäuse gelagerten Drehwelle eine Kupplungsanordnung auf, die mehrere Kupplungsscheiben enthält, die in einem Gehäuse aufgenommen sind. Zwischen dem Gehäuse und der Kupplungs-Anordnung ist in Axialrichtung ein Anfangsspielraum eingestellt oder abgestimmt, so daß, wenn sich eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Kupplungs-Anordnung einstellt, der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungs- Anordnung die Kupplungsscheiben in ausreichenden Reibschluß bringt, um eine große Drehkraft zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle zu übertragen, nämlich in einen Sperrzustand.

Bei dieser Konfiguration wird der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungs- Anordnung verwendet, um die Kupplungsscheiben zur Drehkraftübertragung in Reibschluß zu bringen. Genauer gesagt, wenn zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle eine hohe Drehzahldifferenz auftritt, erhöht sich die Temperatur der Kupplungsvorrichtung aufgrund der heftigen Bewegung von Kupplungsschmieröl und, was der Fall sein kann, aufgrund eines leichten Kontakt zwischen den Kupplungsscheiben. Da die Kupplungs-Anordnung so konstruiert ist, daß sie einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizient als das Gehäuse hat, ruft eine solche Temperaturerhöhung einen Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungs- Anordnung hervor. Zu diesem Zeitpunkt dehnt sich die Kupplungs-Anordnung axial über den axialen Spielraum hinaus aus, der anfänglich abgestimmt wurde, um zwischen der Kupplungs-Anordnung und den gegenüberliegenden inneren Endflächen des Gehäuses zu existieren. Da sich die Kupplungs- Anordnung axial über den axialen Abstand zwischen den gegenüberliegenden inneren Endflächen des Gehäuses hinaus ausdehnt, wirkt somit eine Druckkraft auf die Kupplungsanordnung, die somit in einen dichten oder festen Reibschluß-Zustand gebracht wird, um eine große Drehkraft zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle zu übertragen. Da keinerlei feste Betätigungsvorrichtung wie sie bei einem Sperrmechanismus des Nockentyps aus dem Stand der Technik verwendet wurde, notwendig ist, um die Kupplungsanordnung in den dichten oder festen Reibungseingriffszustandes zu bringen, ist die Kupplungsvorrichtung in ihrer Konstruktion vereinfacht, weniger kostenintensiv und zuverlässig und haltbar im Betrieb.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Druckerzeugungsvorrichtung und ein Kolben zwischen einem axialen Ende des Gehäuses und einem gegenüberliegenden axialen Ende der Kupplungs-Anordnung angeordnet. Wenn die Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle relativ klein ist, wird der Kolben in Reaktion auf einen Druck, der durch die Druckerzeugungsvorrichtung erzeugt wurde, axial bewegt, so daß die Kupplungsanordnung in Reibungseingriff gebracht wird, um eine relativ geringe Drehkraft zu übertragen. Wenn andererseits die Drehzahldifferenz groß wird, dehnt sich die Kupplungsanordnung zusätzlich zum Pressen durch den Kolben thermisch aus und wird somit in einen dichten oder festen Reibschluß (d. h. Sperrzustand) gebracht, um eine große oder schwere Drehkraft zu übertragen. Vorzugsweise ist die Druckerzeugungsvorrichtung nach einem Typ konstruiert, in dem ein Flügelrad ein hochviskoses Fluid, wie beispielsweise Silikonöl, verdrängt. In diesem Fall wird die Temperatur der Kupplungs-Anordnung durch den Kolben zu dem hochviskosen Fluid geleitet, die sich deshalb thermisch ausdehnt, um eine zusätzliche Kraft auf den Kolben aufzubringen. Somit kann die Kupplungs-Anordnung aufgrund ihrer eigenen thermischen Ausdehnung und nachfolgend aufgrund der Ausdehnung des hochviskosen Fluides in einem Sperrzustand gebracht werden, und für einen langen Zeitraum in dem dichten oder festen Kontakteingriffszustand bzw. Reibschluß gehalten werden. Dies verhindert in vorteilhafter Weise, daß ein sogenannter halber Kupplungszustand, d. h., eine unvollständige Verbindung der Kupplungsscheiben, für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird, in dem die Kupplungsscheiben als Resultat beschädigt werden.

Die vorliegende und andere Aufgaben und viele der angedeuteten Vorteile der Erfindung werden zum besseren Verständnis nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile durch die verschiedenen Ansichten hindurch bezeichnen, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehkraft- Kupplungsvorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine erläuternde Darstellung eines dynamischen Elastizitätsmodells, das die Kupplungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, darstellt.

Fig. 3 zeigt eine Graphik, die die zeitabhängigen Temperaturveränderungen eines Frontgehäuses und einer Kupplungs-Anordnung, die in der Kupplungsvorrichtung verwendet wird, die in Fig. 1 gezeigt ist, darstellt.

Fig. 4 zeigt einen Teil von einer der Kupplungsscheiben, die in der Kupplungsvorrichtung wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet werden in der Schnittansicht.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehkraft- Kupplungsvorrichtung.

Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht der Kupplungsvorrichtung aus Fig. 5 längs der Linie A-A.

Fig. 7 zeigt eine Graphik, in der die Beziehung zwischen dem Zeitraum, in dem ein Fahrzeug in einem festgefahrenen Zustand ist, und der übertragenen Drehkraft, die benötigt wird, um das Fahrzeug aus dem festgefahrenen Zustand zu befreien, darstellt.

Fig. 8 zeigt eine Graphik, in der das Verhältnis zwischen dem Zeitraum, in dem ein Fahrzeug in einem festgefahrenen Zustand ist, und der Drehzahldifferenz zwischen einem Frontgehäuse und einer Drehwelle, die in der Kupplungsvorrichtung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, verwendet wird, darstellt.

Fig. 9 zeigt eine erläuternde Ansicht eines anderen Modells einer dynamischen Elastizität, die die Kupplungsvorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, darstellt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1, die eine erfindungsgemäße Drehkraft- Kupplungsvorrichtung zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Frontgehäuse mit einer im allgemeinen zylindrischen oder tassenförmigen Gestalt, in dem eine hohle Drehwelle 11 koaxial drehbar darin gelagert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Frontgehäuse 10 und die Drehwelle 11 jeweils mit zwei relativ zueinander drehbaren Wellen 100, 101 verbunden sein, die jeweils in Antriebsverbindung mit den Front- und Hinterachsen (nicht gezeigt) eines zweiachsigen Fahrzeugs (nicht gezeigt) stehen. Das Frontgehäuse 10 hat eine Bohrung 12, die an ihrem einen Ende offen und an ihrem anderen Ende geschlossen ist. Das offene Ende der Bohrung 12 ist durch ein Rückgehäuse 13 geschlossen, das am offenen Ende durch Schraubenvorrichtungen 13a befestigt ist, die zwischen der Außenfläche des Rückgehäuses 13 und einer Innenanschlußfläche des Frontgehäuses 10 zur Positioniereinstellung ausgebildet sind.

In der Bohrung 12 und zwischen dem Bodenende des Frontgehäuses 10 und dem inneren Ende des Rückgehäuses 13 ist eine Kupplungskammer 18 ausgebildet, in der eine Vielscheiben- Kupplungsanordnung 14 untergebracht ist. Die Kupplungsanordnung 14 weist mehrere äußere Scheiben 15 auf, die in einem verzahnenden Eingriff mit der inneren Oberfläche des Frontgehäuses 10 sind, und mehrere innere Scheiben 16, die in verzahnenden Eingriff mit der äußeren Oberfläche der Drehwelle 11 sind. Diese äußeren und inneren Scheiben 15, 16 sind in abwechselnder Weise angeordnet, um in Reibschluß miteinander zu stehen. Die Kupplungskammer 18 ist mit einem Kupplungsschmieröl gefüllt.

Die Gehäuse 10 und 13 und die Kupplungsanordnung 14 sind so angeordnet, daß sie in dem Zustand einen Anfangsspielraum CL (z. B. 60 Mikrometer) dazwischen vorsehen, in dem jede der äußeren- und inneren Scheiben 15, 16 der Kupplungsanordnung 14 in einem leichten Kontakt mit einer dazu angrenzenden ist. Das Vorsehen des Spielraums CL ermöglicht der Kupplungsanordnung 14, normalerweise in keinem Übertragungsbetrieb zu sein. Jedoch wird aufgrund der Belastung oder Ähnlichem, die jede der Kupplungsscheiben 15, 16 an sich hat, jede der Kupplungsscheiben 15, 16 im wesentlichen in leichtem Kontakteingriff bzw. Reibschluß mit einer dazu angrenzenden gehalten.

Alternativ dazu kann durch eine Federeinrichtung (nicht gezeigt) oder Ähnliches eine Vordrehkraft auf die Kupplungsanordnung 14 aufgebracht werden, so daß die Kupplungsscheiben 15, 16 normalerweise in dem Zustand des Kontakteingriffs gehalten werden.

Das Arbeitsprinzip, mit dem unter Verwendung der thermischen Ausdehnung der Kupplungsanordnung 14 eine rotierende Drehkraft erzeugt wird, wird nachfolgend beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Modell, das die vorstehend beschriebene Kupplungsvorrichtung darstellt. L bezeichnet die axiale Länge der Kupplungsanordnung 14 und, um genauer zu sein, die Summe der axialen Länge der Kupplungsanordnung 14 und des Anfangsspielraumes CL bei Raumtemperatur. Nimmt man die Temperatur des Gehäuses 10 als t0 an, den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung in dem Gehäuse 10 als Â0, die Temperatur der Kupplungsanordnung 14 als t1, und den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung in der Kupplungsanordnung 14 als Â1, dann kann die Druckkraft F, die auf die Kupplungsanordnung 14 bei Raumtemperatur T1 wirkt, durch die folgende angenäherte Gleichung ausgedrückt werden.

Hierin wird dann F = 0, wenn die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 geringer als der Anfangsspielraum CL ist, während dann F < 0 wird, wenn die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 ansteigt, d. h., wenn die folgende Gleichung gilt.

CL < L (Â1 × t1 - Â0 × t0)

Wenn die relative Drehung zwischen dem Gehäuse 10 und der Drehwelle 11 auftritt, steigt in der Kupplungsanordnung 14 die Temperatur und sie dehnt sich thermisch aus. Da die Temperatur im inneren der Kupplungsanordnung 14 aufgrund der heftigen Bewegung des Schmieröls und aufgrund der Hitze, die durch den leichten Kontakt zwischen den Kupplungsscheiben 15, 16 hervorgerufen wird, abrupt steigt, steigt dagegen die Temperatur außerhalb der Kupplungsanordnung 14, nämlich beim Gehäuse 10, nicht abrupt. Dies ruft die Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 hervor, und eine solche Temperaturdifferenz wird bemerkenswert, wenn die relative Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 10 und der Drehwelle 11 ansteigt. Fig. 3 illustriert, wie sich die Temperaturen der Kupplungsanordnung 14 und des Gehäuses 10 im Laufe der Zeit ändern, wobei die durchgezogene Linie, diejenigen Temperaturen bei einer großen relativen Drehgeschwindigkeit andeutet, während die gestrichelten Linien, diejenigen Temperaturen bei einer kleinen relativen Drehgeschwindigkeit andeutet.

Das Gehäuse 10 besteht bespielsweise aus Aluminium, und die Kupplungsscheiben 15, 16 der Kupplungsanordnung 14 sind so konstruiert, daß das Reibungsmaterial mit einem höheren thermischen Koeffizienten als dem des Gehäuses 10 auf stählerne Kernscheiben geklebt ist. Fig. 4 zeigt das typische Detail einer inneren Kupplungsscheibe 16. Jede innere Scheibe 16 weist eine Stahlkernplatte 16 auf und ein paar Kupplungsbeläge 16b auf, die auf den gegenüberliegenden Endflächen der Kernplatte 16a aufgeklebt sind. Die Kupplungsbeläge 16b sind käuflich erwerbbar, wie das Kupplungsbelagmaterial mit einer Identifizierungsnummer "D 0526-30" von der Firma Dynax Ltd., Chitose, Hokkaido, Japan. Um die Kupplungsanordnung 14 in dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel in einen Anschwellzustand zu bringen, auf den später detailliert eingegangen wird, weist die Kupplungsanordnung sechs innere Scheiben 16 auf, und es müssen sieben anderen Scheiben die Fähigkeit einer thermischen Ausdehnung von beispielsweise 150 Mikrometern in ihrer Axialrichtung gegeben sein. An diesem Ende unterliegt das Kupplungsbelagmaterial einem Läppverfahren. Dieses Verfahren wird unter der Bedingung ausgeführt, daß beispielsweise die Kernplatte 16a auf einen Läpptisch (nicht gezeigt) angeordnet wird, wobei der Kupplungsbelag 16b an einer seiner Seiten in gleitendem Kontakt mit dem Läpptisch ist und bei 400 Umdrehungen/Minute für ungefähr 10 Sekunden unter einem Druck von 20 kg/cm² gedreht wird. Dasselbe Läppverfahren wird anschließend mit dem anderen Kupplungsbelag 16b der selben Kernplatte 16a durchgeführt, der in gleitendem Kontakt mit dem Läpptisch ist. Durch dieses Läppverfahren sind die Kupplungsbeläge 16b auf den Kernplatten 16a nicht nur an ihren Oberflächen geglättet, sondern auch etwas gehärtet, um eine thermische Ausdehnungsfähigkeit zu besitzen.

Folglich kann sich die Kupplungsanordnung 14 thermisch mehr ausdehnen als das Gehäuse 10, sowohl aufgrund des Unterschieds in deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, als auch den Temperaturunterschied untereinander. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 einen vorbestimmten Wert erreicht, um dadurch den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 über den Anfangsspielraum CL hinaus zu bringen, wirkt eine Druckkraft auf die Kupplungsanordnung 14, um die äußeren und inneren Scheiben 15, 16 in direkten Kontakt zu bringen, wodurch die Übertragung einer großen Drehkraft realisiert werden kann.

Wie vorstehend beschrieben, wird es durch geeignetes Einstellen oder Anpassen des Anfangsspielraumes CL in einer solchen Art und Weise, daß aufgrund der thermischen Ausdehnungsdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10, wenn die relative Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 10 und der Drehwelle 11 zur Folge hat, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Gehäuse 10 einen vorbestimmten Wert erreicht, die Druckkraft auf die Kupplungsanordnung 14 wirkt, möglich, die übertragene Drehkraft bei einer gewünschten relativen Drehzahl zu erhöhen.

Um beispielsweise die übertragene Drehkraft bei der relativen Drehzahl von mehr als 200 Umdrehungen/Minute zu erhöhen, wird der Spielraum CL durch Positionieren des Rückgehäuses 13 fein eingestellt, damit das Verhältnis zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten Â1, Â0 und dem Spielraum CL der folgenden Gleichung genügt, wenn die Temperatur der Kupplungsanordnung 15 t11 aufgrund des Überschreitens der relativen Drehgeschwindigkeit von 200 Umdrehungen/Minute (wobei die Temperatur t01 des Gehäuses 10 zu dieser Zeit geringer als t11 ist) erreicht. Die dynamische Elastizität der Kupplungsanordnung 14 ist zu dieser Zeit natürlich ausreichend hoch.

CL < L (Â1 × t11 - Â0 × t01)

Zur Vervollständigung der Positionseinstellung, wird das Rückgehäuse 13 beispielsweise durch Verschweißen gesichert, um sich nicht relativ zum Frontgehäuse zu drehen.

Im nachfolgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 ist eine Drehkraft- Kupplungsvorrichtung gezeigt, vorzugsweise für zweiachsige Fahrzeuge. Die Kupplungsvorrichtung weist hauptsächlich ein Frontgehäuse 10, eine Drehwelle 11, die koaxial und drehbar in dem Frontgehäuse 10 gelagert ist, eine Druckerzeugungsvorrichtung 23 zum Erzeugen eines Druckes, der von der Drehdifferenz zwischen dem Frontgehäuse und der Drehwelle 11 abhängt, einen Kolben 24 der auf den Druck, der durch die Druckerzeugungsvorrichtung 23 erzeugt wird, reagiert, und eine Vielscheiben-Kupplungsanordnung 14 auf, die in den Zustand des Reibungskontaktes bzw. Reibschlusses gebracht wird, wenn sie durch den Kolben 24 gedrückt wird.

Das Frontgehäuse 10 bildet eine Bohrung 12 aus, die an ihren einem Ende offen und an ihrem anderen Ende geschlossen ist.

Das offene Ende der Bohrung 12 ist durch ein Rückgehäuse 13 geschlossen, das durch ein Gewinde verschraubt am offenen Ende zur Positionseinstellung gesichert ist. Der Kolben 24 wird in der Bohrung 12 axial, gleitfähig aufgenommen, um einen engen ringförmigen Raum 28 zwischen sich und dem Rückgehäuse 13 auszubilden, und ist mit einem Keilwellengetriebeabschnitt in Eingriff, der im inneren des Frontgehäuses 10 ausgebildet ist, um an einer Relativverdrehung dazu gehindert zu werden. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Abstandhalter, der zwischen der Bodenfläche und der Kupplungsanordnung 14 eingelegt ist.

Eine Endfläche des Kolbens 24 und das innere Ende des Rückgehäuses 13 bilden den engen ringförmigen Raum 28 dazwischen, in dem ein Drehbauteil 33, wie ein Flügelrad, dessen Weite etwas geringer als die Weite des Raumes 28 ist, aufgenommen wird, um drehbar gleitfähig auf dem Kolben 24 und dem Rückgehäuse 13 zu sein. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Drehbauteil 33 an seinem mittigen Nabenabschnitt mit der äußeren Oberfläche der Drehwelle 11 in verzahnenden Eingriff und ist mit zwei (oder drei, was auch der Fall sein kann) Flügeln 33A, 33B ausgestattet, die sich jeweils radial erstrecken. Die Flügel 33A, 33B sind an ihren gebogenen Endflächen mit der Innenfläche eines ringförmigen Flanschabschnittes 24a des Kolbens 24 in gleitendem Kontakt, wobei der Abschnitt an das Rückgehäuse 13 angrenzt. Der Raum 28 ist mit einem viskosen Fluid gefüllt, dessen Viskosität relativ hoch ist, wie beispielsweise Silikonöl. Das viskose Fluid nimmt 87 bis 95 Volumenprozent oder noch wünschenswerter 89 bis 92 Volumenprozent des Freiraumes des Raumes 28 ein.

Fig. 9 zeigt ein Modell der dynamischen Elastizität, das die Kupplungsvorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, darstellt. K bezeichnet die dynamische Elastizität der Kupplungsanordnung 14, K1 die dynamische Elastizität des Frontgehäuses 10, K2 die dynamische Elastizität des Abstandhalters 30, K3 die dynamische Elastizität des Kolbens 24, K4 die dynamische Elastizität des Rückgehäuses 13, und CL den anfänglichen Axialspielraum am Ende der Kupplungsanordnung 14. Solange K1, K2, K3, K4 » K zutrifft, kann das Modell der dynamischen Elastizität, das in Fig. 9 gezeigt ist, durch das vereinfachte, daß im ersten Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die Fig. 2 beschrieben wurde, ersetzt werden. Deshalb soll darauf hingewiesen werden, daß die Vorrichtungen, die in den Fig. 1 und 5 gezeigt sind, im wesentlichen mit demselben Prinzip arbeiten, solange der Kupplungssperrzustand auf die thermische Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Gehäuse 10 und der Kupplungsanordnung 14 zurückzuführen ist.

Mit der vorstehend genannten Konstruktion, wenn das Drehbauteil 33 relativ zum Frontgehäuse 10 gedreht wird, wird das viskose Fluid, daß in den Raum 28 gefüllt ist, zwangsweise mit einer Durchflußrate, die der Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz entspricht, verdrängt. In diesem Fall neigt das viskose Fluid aufgrund des Anhaftens an den Endflächen des Kolben 24 und des Rückgehäuses 13 dazu, zu bleiben. Jedoch wird es durch die Flügel 33A, 33B mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit der Flügel 33A, 33B selbst bewegt. Folglich konzentriert sich das viskose Fluid oder klebt an den Vorderseiten eines jeden Blattes 33A, 33B, wodurch in dem Raum 28 ein Druck erzeugt wird, dessen Größe proportional zur Drehzahldifferenz zwischen dem Drehbauteil 33 und den Gehäusen 10, 13 ist. Dieser Druckerzeugungsmechanismus oder dieses Prinzip wird ausführlich in dem US-Patent 5,063,738 beschrieben, das vom gleichen Anmelder wie dieser Anmeldung ist.

Wie in Fig. 5 gezeigt wird der Kolben 24 in Reaktion auf den Druck, der in dem Raum 28 erzeugt wird, nach links gedrückt, und wirkt auf die Kupplungsanordnung 14. Dies bewirkt, daß die äußeren Scheiben 15 und die inneren Scheiben 16, von denen jede unter dem Druck, der auf den Kolben 24 wirkt, über Reibschluß miteinander verbunden sind, wodurch eine Rotationsdrehkraft mit der Größe, die der Drehzahldifferenz zwischen den Gehäusen 10, 13 und der Drehwelle 11 entspricht, dazwischen übertragen wird.

Die vorstehend beschriebene Kupplungsvorrichtung kann als ein Zentraldifferential verwendet werden, wobei beispielsweise das Frontgehäuse 10 und die Drehwelle 11 jeweils antreibend mit der Vorder- und der Hinterradachse (nicht gezeigt) eines zweiachsigen Fahrzeuges verbunden sind. In diesem Fall, wenn das Fahrzeug stecken bleibt, wenn eines der Räder in ein Schlammloch fällt, kann es vorkommen, daß zwischen den Gehäusen 10, 13 und der Drehwelle 11 eine hohe Drehzahldifferenz auftritt. Eine solche hohe Drehzahldifferenz resultiert in einer wesentlichen Differenz der axialen thermischen Ausdehnung zwischen dem Frontgehäuse 10 und der Kupplungsanordnung 14. Wenn die wesentliche Differenz der thermischen Ausdehnung größer wird als der Anfangsspielraum CL, der zwischen dem Gehäuse 10, 13 und der Kupplungsanordnung 25 besteht, wird dasselbe wie mit einer Druckkraft erreicht, um dadurch die Kupplungsscheiben 15, 16 in einen vollsperrenden Zustand zu bringen, wodurch das Antriebsdrehmoment, das zwischen den Gehäusen 10, 13 und der Drehwelle 11 und somit zwischen den Front- und Hinterradachsen des Fahrzeuges übertragen wird, abrupt ansteigt, wodurch es möglich ist, das Fahrzeug aus dem festsitzenden Zustand zu befreien. Dieser Vorteil verhindert, daß die hohe Drehzahldifferenz zwischen den Gehäusen 10, 13 und der Drehwelle 11 für einen langen Zeitraum aufrecht erhalten wird, so daß Beschädigungen der Kupplungsanordnung 14 vermieden werden können.

Wenn wie vorstehend beschrieben eine hohe Drehzahldifferenz zwischen den Gehäusen 10, 13 und der Drehwelle 11 auftritt, schwillt die Drehkraft, die durch die Kupplungsanordnung 14 übertragen wird, aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Frontgehäuse 10 an oder steigt abrupt. Jedoch ruft die Wärmeleitung von der Kupplungsanordnung 14 zum Frontgehäuse 10 einen baldigen Rückgang der Temperaturdifferenz dazwischen hervor, und der anschwellende Zustand der Kupplungsanordnung 14 bleibt nicht solange aufrecht erhalten.

Andererseits wird die Hitze durch den Kolben 24 von der Kupplungsanordnung 14 auf das Silikonöl in dem Raum 28 übertragen. Daraus folgt, daß die Temperatur des Silikonöls allmählich steigt und sich dadurch sein Volumen ausdehnt. In diesem Fall, da die Füllrate an Silikonöl zwischen 87 und 95 Volumenprozent liegt, wird der Schwellzustand der Kupplungsanordnung 14 erreicht, worin die Druckkraft des Kolbens 24 aufgrund der thermischen Ausdehnung des Silikonöls vergrößert wird. Für das Erhöhen der Temperatur des Silikonöls, die den Schwellzustand der Kupplungsanordnung 14 hervorruft, tritt eine Zeitverzögerung auf.

Wo das Befreien des Fahrzeugs aus dem festgefahrenen Zustand nicht in einer kurzen Zeit erreicht werden kann, um die Geschwindigkeitsdifferenz für eine relativ lange Zeit groß zu halten, senkt sich folglich die Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Frontgehäuse 10, so daß der Schwellzustand der Kupplungsanordnung 14 unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt nachfolgend auf die Unterbrechung der Schwellzustand der Kupplungsanordnung 14 infolge der thermischen Ausdehnung des Silikonöls auf. Somit kann der Zustand der hohen Drehkraftübertragung durch den Kupplungsschwellzustand aufgrund der thermischen Ausdehnung des Silikonöls sogar nach der Unterbrechung des Kupplungsschwellzustandes aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Kupplungsanordnung 14 und dem Frontgehäuse 10 aufrechterhalten werden.

Fig. 8 zeigt eine Veränderung in der Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 10 und der Drehwelle 11 für den Fall, in dem das Fahrzeug auf einer sandigen oder schlammigen Straße fährt, was eine kritische zu übertragende Drehkraft, die in Fig. 7 gezeigt ist, erforderlich macht. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, benötigt das Fahrzeug beim Fahren auf der sandigen oder schlammigen Straße im Anfahrzustand aus dem stehenden Zustand heraus eine größere zu übertragende Drehkraft. Wenn es einmal zu fahren begonnen hat, wird eine kleinere zu übertragende Drehkraft benötigt, die nichts desto weniger relativ hoch ist.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird im Anfangsbereich A die Drehzahldifferenz durch das Kupplungsanschwellen unterdrückt, was durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse 10 und der Kupplungsanordnung 14 bewirkt wird. Wenn dieser Zustand eine lange Zeit anhält, tritt der nachfolgende Zustand im Bereich B ein, in dem die Drehzahldifferenz durch das Kupplungsschwellen unterdrückt wird, was durch die thermische Ausdehnung des Silikonöls bewirkt wird. Die eingestrichene Linie in Fig. 8 zeigt den Fall, in dem das Kupplungsschwellen nur infolge der Temperaturdifferenz wirkt, während die zweigestrichene Linie den Fall anzeigt, in dem das Kupplungsschwellen infolge der thermischen Ausdehnung des Silikonöls wirkt. Es soll angemerkt werden, daß in jedem Fall die Drehzahldifferenz für eine lange Zeit einen kritischen Pegel N1 überschreiten würde, bei dem die Kupplungsscheiben 15, 16 durch Überhitzen beschädigt würden.

Zusammengefaßt heißt das, daß sogar unter einer solchen schlechten Bedingung unter der die Kupplungsscheiben 15, 16 für gewöhnlich durch Verbrennen beschädigt werden, das Kupplungsschwellen infolge der Temperaturdifferenz und das Kupplungsschwellen infolge der thermischen Ausdehnung des Silikonöls in einer gut ausgewogenen oder sich ergänzenden Art und Weise wirkt, wodurch der im wesentlichen Vierraddirektantriebszustand für eine langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Dadurch ist das Fahrzeug mit dieser Kupplungsvorrichtung besser in der Lage auf einer sandigen oder schlammigen Straße zu fahren, und ebenso besser in der Lage, sich aus einem festgefahrenem Zustand zu befreien.

Obwohl in den vorherstehenden Ausführungsbeispielen der axiale Spielraum CL durch Einstellen der Position des Rückgehäuses 13 eingestellt wird, kann er andererseits durch Ändern des Abstandhalters 30, des Rückgehäuses 13 oder Ähnliches eingestellt werden, oder durch Verändern der axialen Weiten davon.

Es sind offensichtlich zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der vorstehend genannten Lehre möglich. Es soll deshalb angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche anders ausgeführt werden kann als speziell hierin beschrieben.

Eine Drehkraft-Kupplungsvorrichtung beispielsweise zum Gebrauch als ein sogenanntes Zentraldifferential, das zwischen den Vorderrad- und den Hinterradachsen eines zweiachsigen Fahrzeuges vorgesehen ist, weist ein tassenförmiges Frontgehäuse auf, ein Rückgehäuse, das ein offenes Ende des Frontgehäuses abschließt, eine durch das Front- und Rückgehäuse darin koaxial drehbar gelagerte Drehwelle, und eine Kupplungsscheibenanordnung, die in dem Frontgehäuse zwischen einem axialen inneren Ende des Frontgehäuses und einem axialen inneren Ende des Rückgehäuses dazwischen angeordnet ist. Der Anfangsspielraum in Axialrichtung zwischen der Kupplungsanordnung und den inneren Enden des Front- und Rückgehäuses wird so eingestellt, daß, wenn die relative Drehung zwischen den Gehäusen und der Drehwelle eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung hervorruft, die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen dem Frontgehäuse und der Kupplungsanordnung, die Kupplungsscheiben der Kupplungsanordnung dazu bringt, in einen Reibschluß zu treten, um eine Drehkraft zwischen den Gehäusen und der Drehwelle zu übertragen. In einer abgewandelten vorm der Kupplungsvorrichtung, ist ein Kolben axial bewegbar relativ zu, aber drehbar, körperlich mit dem Frontgehäuse zwischen einem Ende der Kupplungsanordnung und dem inneren Ende des Rückgehäuses eingesetzt, und füllt einen axialen engen ringförmigen Raum zwischen sich und dem Rückgehäuse. Ein Flügelrad mit sich radial erstreckenden Flügeln wird in den Raum zum Erzeugen eines Druckes durch die Bewegung eines hochviskosen Fluids, der auf den Kolben wirkt, aufgenommen.

Claims (9)

1. Drehkraft-Kupplung mit folgenden Bauteilen:

• - ein Gehäuse (10, 13), daß dazu angepaßt ist, um mit einer von zwei relativ zueinander verdrehbaren Wellen (100, 101) verbunden zu werden,
• - eine in dem Gehäuse (10, 13) drehbar gelagerte Drehwelle (11), die dazu angepaßt ist, mit der anderen der zwei Wellen verbunden zu werden,
• - eine Kupplungsanordnung (14), die mehrere Kupplungsscheiben (15, 16) enthält, die zur Übertragung einer Drehkraft in dem Gehäuse (10, 13) zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle (11) aufgenommen ist, und
• - eine Vorrichtung zum Einstellen eines Anfangsspielraumes (CL) in Axialrichtung zwischen dem Gehäuse (10, 13) und der Kupplungsanordnung (14), so daß, wenn die relative Drehung zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung hervorruft, die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung die Kupplungsscheiben in einen Reibschluß bringt, um eine Rotations-Drehkraft zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle zu übertragen.

2. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsspielraum zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung eingestellt ist, um der folgenden Gleichung zu genügen: CL < L (Â1 × t1 - Â0 × t0)wobei Â0 der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses (10, 13),
Â1 der thermische Ausdehnungskoeffizient der Kupplungsanordnung (14)
CL der Anfangsaxialspielraum zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung (14),
L die axiale Länge der Kupplungsanordnung (14),
t0 die Temperatur des Gehäuses (10), und
t1 die Temperatur der Kupplungsanordnung (14) ist.

3. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10, 13) ein Frontgehäuse (10) und ein Rückgehäuse (13) aufweist, das ein offenes Ende des Frontgehäuses (10) abschließt und worin die Vorrichtung zum Einstellen des Anfangsspielraums (CL) eine Schraubenvorrichtung aufweist, die zwischen einer Innenfläche des offenen Ende des Frontgehäuses (10) und einer Außenfläche des Rückgehäuses (13) vorgesehen sind.

4. Drehkraft-Kupplung mit folgenden Bauteilen:

• - ein Gehäuse (10, 13), das dazu angepaßt ist, mit einem von zwei relativ zueinander verdrehbaren Wellen (100, 101) verbunden zu werden,
• - eine Drehwelle (11), die in dem Gehäuse (10, 13) drehbar gelagert und dazu angepaßt ist, mit der anderen der zwei Wellen verbunden zu werden,
• - eine Druckerzeugungsvorrichtung, die in dem Gehäuse aufgenommen ist und die zum Erzeugen eines Druckes über die Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse (10, 13) und der Drehwelle (11) zum Verdrängen eines viskosen Fluids in einem engen axialen Raum (28) aktiviert wird, einem in dem Gehäuse aufgenommenen Kolben (24), der axial in Reaktion auf den Druck, der durch die Druckerzeugungsvorrichtung erzeugt wurde, bewegbar ist, einer Kupplungsanordnung (14), die eine Vielzahl an Kupplungsscheiben (15, 16), die in dem Gehäuse (10, 13) zwischen einem axialen inneren Ende des Gehäuses und einem axialen Ende des Kolbens (24) dazwischen eingelegt sind, und angeordnet sind, um über die axiale Bewegung des Kolbens (24) zum Übertragen einer Drehkraft zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle gedrückt zu werden, und eine Vorrichtung zum Einstellen eines Anfangsspielraumes in axialer Richtung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung, so daß, wenn die relative Drehung zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung hervorruft, die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung die Kupplungsscheiben dazu bringt, in Reibungsschluß zu kommen, um eine Drehkraft zwischen dem Gehäuse und der Drehwelle zu übertragen.

5. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsspielraum (CL) zwischen dem Gehäuse (10, 13) und der Kupplungsanordnung (14) eingestellt wird, um der folgenden Gleichung zu genügen: CL < L (Â1 × t1 - Â0 × t0)wobei Â0 der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses,
Â1 der thermische Ausdehnungskoeffizient der Kupplungsanordnung,
CL der axiale Anfangsspielraum zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsanordnung,
L die axiale Länge der Kupplungsanordnung,
t0 die Temperatur des Gehäuses, und
t1 die Temperatur der Kupplungsanordnung ist.

6. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10, 13) ein Frontgehäuse (10) und ein Rückgehäuse (13) aufweist, das ein offenes Ende des Frontgehäuses (10) abschließt, und worin die Vorrichtung zum Einstellen des Anfangsspielraums eine Schraubenvorrichtung zwischen einer Innenfläche des offenen Endes des Frontgehäuses und einer Außenfläche des Rückgehäuses vorgesehen ist.

7. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem axialen engen Raum (28) Silikonöl als viskoses Fluid zwischen 87 und 95 Volumenprozent des Gesamtraumes darin eingefüllt ist.

8. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) eine Endfläche des engen axialen Raums (28) bildet, um direkt für den Druck verantwortlich zu sein, der durch die Druckerzeugungsvorrichtung erzeugt wird.

9. Drehkraft-Kupplung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckerzeugungsvorrichtung ein Flügelrad aufweist, das wenigstens zwei sich radial erstreckende Flügel (33A, 33B) hat, und das in dem axialen engen Raum (28) aufgenommen ist, um körperlich mit der Drehwelle (11) drehbar zu sein, und dadurch gekennzeichnet, daß der axiale enge Raum (28) zwischen 87 und 95 Volumenprozent des Gesamtraumes mit Silikonöl als viskoses Fluid befüllt ist.