DE68901802T2

DE68901802T2 - Fluessigkeitsreibungsskupplung.

Info

Publication number: DE68901802T2
Application number: DE8989106330T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Sayama
Original assignee: Viscodrive Japan Ltd
Current assignee: Viscodrive Japan Ltd
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1992-12-17
Anticipated expiration: 2009-04-11
Also published as: EP0337356A1; US4940123A; EP0337356B1; ATE77453T1; JPH0514014Y2; JPH01150228U; DE68901802D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Viskokupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Viskoflüssigkeit verwendende Kupplungen sind im Kraftübertragungssystem eines Fahrzeuges nützlich.

Beschreibung des bekannten Standes der Technik

In Fig. 1 ist eine konventionelle Viskokupplung dargestellt, wie sie in der Juni-Ausgabe der "Automobile Engineering" von 1987 zu finden ist und von Tetsudo-Nippon Co. veröffentlicht wurde.
Diese Viskokupplung gemäß Fig. 1 wird in einem Allradfahrzeug mit Frontmotor und Frontantrieb (FF-Typ) anstelle eines Hinterraddifferentials verwendet. Daher gibt es ein Antriebsritzel 101, zu dem ein Drehmoment vom Motor über eine Gelenkwelle übertragen wird. Dieses Antriebsritzel 101 kämmt mit einem Tellerrad 102, das mit dem Differentialgehäuse 103 verbunden ist. Im Innern des Differentialgehäuses 103 befinden sich eine erste und zweite Nabe 104 und 105, die zueinander koaxial drehbar sind und die mit der rechten bzw. linken Hinterradantriebswelle 106a und 106b verbunden sind. Das Differentialgehäuse 103 und die erste und zweite Nabe 104 und 105 bilden einen Arbeitsraum 107, in dem Viskoflüssigkeit eingeschlossen ist. In diesem Arbeitsraum 107 gibt es eine Vielzahl von ersten linken und rechten Platten 108a und 108b, die über eine Keilverzahnung mit dem Differentialgehäuse 103 gegenüberliegend der ersten und zweiten Nabe 104 bzw. 105 verbunden sind. Außerdem gibt es eine Vielzahl von zweiten linken und rechten Platten 109a und 109b, die über eine Keilverzahnung mit der ersten bzw. zweiten Nabe 104 bzw. 105 in der Form verbunden sind, daß jede zweite Platte jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Platten angeordnet ist. Der Arbeitsraum 107 ist durch eine mittige Trennwand 110 in eine erste und zweite Kammer 111 bzw. 112 unterteilt, die eine Öffnung 113 aufweist, die die erste und den zweite Kammer miteinander verbindet.
Wenn das Fahrzeug auf einer stark reibungsbehafteten Straße fährt, wird ein Drehmoment vom Motor zu einer Vorderradantriebswelle übertragen. In diesem Fall entsteht kein Drehzahlunterschied zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern, so daß die Viskokupplung zwischen der Längswelle und den Hinterradantriebswellen 106a und 106b nicht in Funktion tritt und das Fahrzeug im Vorderradantriebsmodus fährt.
Andererseits entsteht ein großer Drehzahlunterschied zwischen den Vorderund Hinterrädern, wenn die Vorderräder auf einer Straße mit geringer Reibung ins Rutschen kommen. In einer solchen Situation dreht sich das mit der Vorderradantriebswelle verbundene Differentialgehäuse 103 schneller als die linke und rechte Hinterradantriebswelle 106a und 106b, so daß es zu einer Relativdrehung zwischen den am Differentialgehäuse 103 montierten ersten linken und rechten Platten 108a und 108b und den mit der linken bzw. rechten Hinterradantriebswelle 106a und 106b verbundenen zweiten linken und rechten Platten 109a und 109b kommt, welche wiederum die Viskoflüssigkeit im Arbeitsraum 107 scheren. Das resultierende Drehmoment, das durch die Scherkraft der Viskoflüssigkeit entsteht, wird zur linken und rechten Hinterradantriebswelle 106a und 106b übertragen und liefert die Kraft, um das Fahrzeug aus einer glatten Stelle wieder herauszufahren.
Ähnlich ist es, wenn das linke Hinterrad durchdreht; dann entsteht eine Drehzahldifferenz zwischen dem Differentialgehäuse 103 und der zweiten Nabe 105, die mit der rechten Hinterradantriebswelle 106b verbunden ist, und folglich kommt es zu einer Relativdrehung zwischen den mit dem Differentialgehäuse 103 verbundenen ersten rechten Platten 108b und den mit der rechten Hinterradantriebs*welle 106b verbundenen zweiten Platten 109b, durch die wiederum die Viskoflüssigkeit in der zweiten Kammer 112 geschert wird. Das resultierende Drehmoment, das durch die Scherkraft der Viskoflüssigkeit entsteht, wird zur rechten Hinterradantriebswelle 106b übertragen, um eine Kraft zu liefern, die es ermöglicht, das Fahrzeug bei durchdrehendem linken Hinterrad von der glatten Stelle wegzufahren.
In diesem Fall drehen sich jedoch bei einer konventionellen Viskokupplung nach Fig. 1 die ersten rechten Platten 108b und die zweiten rechten Platten 109b in der zweiten Kammer 112 relativ zueinander, während sich die ersten linken Platten 108a und die zweiten linken Platten 109a in der ersten Kammer 111 kaum relativ zueinander drehen. Deshalb entsteht durch die relative Drehung der Platten 108b und 109b in der zweiten Kammer 112 eine Wärmeausdehnung der Viskoflüssigkeit in der zweiten Kammer 112, das folglich durch die Öffnung 113 in die erste Kammer 111 fließt. Dies wiederum reduziert die Viskosität und Dichte der Viskoflüssigkeit in der zweiten Kammer 112, so daß das Drehmoment, das durch die Scherkraft entsteht, die aus dem Scheren der ersten und zweiten Platten 108b und 109b durch die Viskoflüssigkeit resultiert, geringer wird und kein "Hump"-Effekt auftritt. Der "Hump"-Effekt ist ein rasches Ansteigen des übertragenen Drehmomentes, der oberhalb eines bestimmten Innendrucks im Arbeitsraum auftritt, bei dem die Platten in Anlage zueinander sind. Der Innendruck erhöht sich durch die Wärme, die durch die Flüssigkeitsreibung der Viskoflüssigkeit mit den Platten nach einiger Zeit relativer Drehung der Platten erzeugt wird.
Folglich ist es mit der konventionellen Viskokupplung nach Fig. 1 nicht möglich, mit einem durchdrehenden Hinterrad ruckrei weiterzufahren, so daß die Fahrstabilität des Fahrzeugs begrenzt ist.
In der US-A-4,064,980 wird eine Viskokupplung vorgeschlagen, die ein mit einem Motorlüfter verbundenes Gehäuse umfaßt, das in zwei Kammern unterteilt ist, in denen jeweils ein vom Motor angetriebenes Eingangselement angeordnet ist. Eines dieser Eingangselemente wird schneller angetrieben als das andere. Es sind mit dynamischem Flüssigkeitsdruck betriebene Pumpenmittel zum Befördern von Viskoflüssigkeit zwischen dem Gehäuse und dem langsameren Eingangselement vorgesehen. Wenn das Gehäuse schneller rotiert als das genannte langsamer angetriebene Eingangselement, wird Viskoflüssigkeit zu der Kammer gepumpt, in der sich das schneller angetriebenene Eingangselement befindet und umgekehrt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine höhere Lüfterdrehzahl bei geringer Motordrehzahl und eine relativ geringere Lüfterdrehzahl bei höheren Motordrehzahlen zu erreichen, wobei das Pumpen von Viskoflüssigkeit zwischen den Kammern die Antriebsverbindung des Lüfters zu den Antriebselementen schaltet.
Ebenso wird in der DE-A-37 25 103 C1 eine Zwei-Kammer-Viskokupplung vorgeschlagen, die einen Gehäuseteil und einen Nabenteil, die ineinander verschachtelte Platten tragen und Pumpenmittel umfaßt, die zur Entleerung des plattentragenden Gehäuseteils betrieben werden, wenn die Teile sich relativ zueinander in einer Richtung drehen, und zur Füllung des genannten Gehäuseteils benutzt werden, wenn sich die Teile relativ zueinander in der anderen Richtung drehen. Die Aufgabe der Erfindung ist es im wesentlichen, die Teile zu trennen, wenn das Gehäuse leer ist und sie zu verbinden, wenn das Gehäuse gefüllt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Viskokupplung zu schaffen, die, bei Verwendung im Antriebsstrang zu den Hinterrädern eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Frontantrieb, in der Lage ist, einen Abfall des durch die Scherkraft innerhalb der Kupplung entstehenden Drehmomentes zu verhindern, wodurch es dem Fahrzeug möglich wird, unter Ausnutzung des "Hump"-Effektes, ruckfrei aus einer Situation mit einem durchdrehenden Hinterrad herauszufahren. Die Fahrstabilität wird dadurch verbessert.
Gemäß der Erfindung wird eine Viskokupplung geschaffen, die relativ zueinander drehbare erste, zweite und dritte Drehelemente, die einen mit Viskoflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum bilden, eine Trennwand, die den Arbeitsraum in eine erste Kammer, die durch die Trennwand und die ersten und dritten Drehelemente gebildet wird und eine zweite Kammer, die durch die Trennwand und die zweiten und dritten Drehelemente gebildet wird, unterteilt, sowie Pumpenmittel aufweist, die so angeordnet sind, daß sie Viskoflüssigkeit zwischen den Kammern pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmittel in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen den ersten und zweiten Drehelementen betätigt werden und Viskoflüssigkeit von der zweiten Kammer in die erste Kammer pumpen, wenn das zweite Drehelement schneller rotiert als das erste Drehelement und Viskoflüssigkeit von der ersten Kammer in die zweite Kammer pumpen, wenn das erste Drehelement schneller rotiert als das zweite Drehelement.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer konventionellen Viskokupplung für ein Fahrzeug mit Allradantrieb mit Frontmotor und Frontantrieb (FF-Typ).
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Viskokupplung für ein Fahrzeug mit Allradantrieb mit Frontmotor und Frontantrieb (FF-Typ).
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der Flügelzellenpumpe in der Viskokupplung nach Fig. 2.
Figur 4(A) zeigt eine schematische Darstellung einer Viskokupplung nach Fig. 2 zur Erklärung einer Situation der neuen Funktionsweise der Viskokupplung nach Fig. 2.
Figur 4(B) zeigt eine horizontale Querschnittsansicht der Flügelzellenpumpe nach Fig. 3 zur Erkärung der Wirkungsweise der Flügelzellenpumpe in der Situation nach Fig. 4(A).
Figur 5(A) zeigt eine weitere schematische Darstellung der Viskokupplung nach Fig. 2 zur Erklärung einer anderen Situation der neuen Funktionsweise der Viskokupplung nach Fig. 2.
Figur 5(B) zeigt eine weitere horizontale Querschnittsansicht der Flügelzellenpumpe nach Fig. 3 zur Erklärung der Wirkungsweise der Flügelzellenpumpe in der Situation nach Fig. 5(A).

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführung einer Viskokupplung gemäß der vorliegenden Erfindung. Hier wird für Erklärungszwecke angenommen, daß die Viskokupplung zwischen den Hinterrädern und der Gelenkwelle eines Fahrzeugs mit Allradantrieb mit Frontmotor und Frontantrieb (FF-Typ) angeordnet ist.
In dieser Viskokupplung gibt es ein Antriebsritzel 1 zu dem ein Drehmoment vom Motor über die Gelenkwelle übertragen wird. Dieses Antriebsritzel 1 kämmt mit einem Tellerrad 2, das an einem Differentialgehäuse 3 befestigt ist. Im Inneren des Differentialgehäuses 3 sind erste und zweite Naben 4 und 5 angeordnet, die koaxial zueinander drehbar und mit der rechten bzw. linken Hinterradantriebswelle 6a bzw. 6b verbunden sind. Das Differentialgehäuse 3 und die ersten und zweiten Naben 4 und 5 bilden einen Arbeitsraum 7, in dem Silikonöl gestaut wird. Im Innern dieses Arbeitsraumes 7 sind eine Vielzahl von ersten linken und rechten Platten 8a und 8b angeordnet, die, den ersten und zweiten Naben 4 bzw. 5 gegenüberliegend über eine Keilverzahnung mit dem Differentialgehäuse 3 verbunden sind. Außerdem gibt es eine Vielzahl von zweiten linken und rechten Platten 9a und 9b, die über eine Keilverzahnung mit der ersten bzw. zweiten Nabe 4 bzw. 5 in der Form verbunden sind, daß jede zweite Platte jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Platten angeordnet ist. Der Arbeitsraum 7 ist in erste und zweite Kammern 11 und 12 durch eine mittige Trennwand 10 unterteilt, die über eine Flügelzellenpumpe 13 verfügt, die so angeordnet ist, daß sie Silikonöl von einer der ersten und zweiten Kammern 11 und 12 in die jeweils andere Kammer pumpt.
Die Einzelheiten dieser Flügelzellenpumpe 13 sind in Fig. 3 dargestellt, in der die Flügelzellenpumpe 13 ein äußeres Gehäuse 14, das über eine Keilverzahnung mit der zweiten Nabe 5 verbunden ist, einen Rotor 15, der über eine Keilverbindung mit der ersten Nabe 4 verbunden ist und Flügel umfaßt, wovon einer in Position 16 dargestellt ist, die zusammendrückbar am Rotor 15 montiert sind. Das äußere Gehäuse 14 hat einen elliptischen Innenumfang , der Rotor 15 hat einen kreisrunden Außenumfang, und die Flügel 16 bleiben in Kontakt mit dem inneren Umfang des äußeren Gehäuses 1, wie es aus den Figuren 5, 4(B) und 5(B) ersichtlich ist. Das äußere Gehäuse 14, der Rotor 15 und die benachbarten Flügel 16 bilden eine Kammer 17, deren Volumen sich mit der relativen Drehung des Gehäuses 14 und des Rotors 15 ändert. Diese Volumenänderung der Kammer 17 verursacht das Ansaugen und den Ausstoß von Silikonöl durch ein Paar erster und zweiter Öffnungen 18 und 19, die mit der ersten bzw. zweiten Kammer 11 bzw. 12 verbunden sind.
Wenn das Fahrzeug auf einer stark reibungsbehafteten Straße fährt, wird ein Drehmoment vom Motor zu einer Vorderradantriebswelle übertragen. In diesem Fall entsteht kein Drehzahlunterschied zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern, so daß die Viskokupplung zwischen der Gelenkwelle und den linken und rechten Hinterradantriebswellen 6a und 6b nicht in Funktion tritt und das Fahrzeug im Vorderradantriebsmodus fährt.
Andererseits entsteht ein großer Drehzahlunterschied zwischen den Vorder- und Hinterrädern, wenn die Vorderräder auf einer Straße mit geringer Reibung ins Rutschen kommen. In einer solchen Situation dreht sich das mit der Vorderradantriebswelle verbundene Differentialgehäuse 3 schneller als die linke und rechte Hinterradantriebswelle 6a und 6b, so daß es zu einer Relativdrehung zwischen den am Differentialgehäuse 3 montierten ersten linken und rechten Platten 8a und 8b und den mit der linken bzw. rechten Hinterradantriebswelle 6a und 6b verbundenen zweiten linken und rechtenPlatten 9a und 9b kommt, die wiederum die Viskoflüssigkeit im Innern des Arbeitsraumes 7 scheren. Das resultierende Drehmoment, das durch die Scherkraft der Viskoflüssigkeit entsteht, wird zur linken und rechten Hinterradantriebswelle 6a und 6b übertragen und liefert die Kraft, um das Fahrzeug von einer glatten Stelle wegzufahren.
Ebenso ergibt sich, wie in Fig. 4(A) dargestellt, ein relativ großer Widerstand für das linke Hinterrad, wenn das rechte Hinterrad durchdreht, und es enststeht ein Drehzahlunterschied zwischen dem Differentialgehäuse 3 und der ersten Nabe 4, die mit der linken Hinterradantriebswelle 6a verbunden ist. Daher kommt es zu einer Relativdrehung zwischen den ersten Platten 8a und zweiten Platten 9a, die wiederum die Viskoflüssigkeit im Innern der ersten Kammer 11 scheren. Die ersten Platten 8b und die zweiten Platten 9b in der zweiten Kammer 12 drehen sich kaum relativ zueinander, da das durchdrehende rechte Hinterrad auf wenig Widerstand stößt. Auf diese Weise dreht sich die linke Hinterradantriebswelle 6a gegenüber der rechten Hinterradantriebswelle 6b, wodurch der mit der ersten Nabe 4 verbundene Rotor 15 gegenüber dem mit der zweiten Nabe 5 verbundenen Pumpengehäuse 14 in Drehung versetzt wird, und zwar in eine Richtung, die durch einen Pfeil in Fig. 4(A) angedeutet ist. Als Folge wirkt eine der ersten Öffnungen 18 (entweder 18a oder 18b) als Auslaßöffnung, während eine der zweiten Öffnungen 19 (entweder 19a oder 19b) als Einlaßöffnung wirkt, so daß das Silikonöl von der zweiten Kammer 12 durch die Einlaßöffnung 19 gepumpt wird und durch die Auslaßöffnung 18 in die erste Kammer 11 ausgelassen wird. Dies bewirkt eine höhere Dichte des Silikonöls im Innern der ersten Kammer 11, so daß das Drehmoment, das durch die Scherkraft entsteht und durch das Scheren der ersten linken Platten 8a und der zweiten linken Platten 9a durch die Viskoflüssigkeit verursacht wird, größer wird. Als Folge tritt der "Hump"-Effekt in Kammer 11 auf, und das Drehmoment, das an die linke Hinterradantriebswelle 6a übertragen wird, liefert die Kraft, um das Fahrzeug bei durchdrehendem rechten Hinterrad aus der glatten Stelle herauszufahren und die Fahrstabilität des Fahrzeugs kann verbessert werden.
Ähnlich ist die Situation, wenn, wie in Fig. 5(A) dargestellt, das linke Hinterrad durchdreht; ein relativ großer Widerstand ergibt sich für das rechte Hinterrad, und es enststeht ein Drehzahlunterschied zwischen dem Differentialgehäuse 3 und der zweiten Nabe 5, die mit der rechten Hinterradantriebswelle 6b verbunden ist. Folglich kommt es zu einer Relativdrehung zwischen den ersten Platten 8b und zweiten Platten 9b, die wiederum die Viskoflüssigkeit im Innern der zweiten Kammer 12 scheren. Die ersten Platten 8a und die zweiten Platten 9a in der ersten Kammer 11 drehen sich kaum relativ zueinander, da das durchdrehende linke Hinterrad auf wenig Widerstand stößt. Auf diese Weise dreht sich die linke Hinterradantriebswelle 6a gegenüber der rechten Hinterradantriebswelle 6b, wodurch das mit der zweiten Nabe 5 verbundene äußere Gehäuse 14 gegenüber dem mit der ersten Nabe 4 verbundenen Rotor 15 in Drehung versetzt wird, und zwar in einer Richtung, die durch einen Pfeil in Fig. 5(A) angedeutet ist. Als Folge wirkt eine der ersten Öffnungen 18 (entweder 18a oder 18b) als Einlaßöffnung, während eine der zweiten Öffnungen 19 (entweder 19a oder 19b) als Auslaßöffnung wirkt, so daß das Silikonöl von der ersten Kammer 11 durch die Einlaßöffnung 18 gepumpt wird und durch die Auslaßöffnung 19 in die zweite Kammer 12 ausgelassen wird. Dies bewirkt eine höhere Dichte des Silikonöls im Innern der zweiten Kammer 12, so daß sich das Drehmoment, das durch die Scherkraft entsteht und durch das Scheren der ersten linken Platten 8b und der zweiten linken Platten 9b durch die Viskoflüssigkeit verursacht wird, vergrößert. Als Folge tritt der "Hump"-Effekt in Kammer 12 auf, und das Drehmoment, das an die rechte Hinterradantriebswelle 6b übertragen wird, liefert die Kraft, um das Fahrzeug bei durchdrehendem linken Hinterrad von der glatten Stelle wegzufahren und die Fahrstabilität des Fahrzeugs kann verbessert werden.
Auf diese Weise kann bei dieser Ausführung einer Viskokupplung ein Abfall des aus der Scherkraft entstehenden Drehmomentes verhindert werden, was ein ruckfreies Herausfahren bei einem durchdrehenden Hinterrad mit Hilfe des "Hump"- Effektes ermöglicht, so daß die Fahrstabilität des Fahrzeuges verbessert werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Flügelzellenpumpe 13 in der vorstehenden Ausführung durch eine Zahnradpumpe oder sonstigen Pumpentyp ersetzt werden kann.
Außerdem sind viele Modifikationen und Variationen der obigen Ausführung denkbar, ohne von den neuartigen und vorteilhaften Merkmalen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen alle solchen Modifikationen und Variationen im Schutzbereich der bei liegenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims

1. Eine Viskokupplung mit relativ drehbaren ersten, zweiten und dritten Drehelementen (4,5 und 3), die einen mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum (7) bilden; eine Trennwand (10), die den Arbeitsraum in eine durch die Trennwand (10) und die ersten und dritten Drehelemente (4,3) definierte Kammer (11) und in eine durch die Trennwand (10) und die zweiten und dritten Drehelemente (5,3) definierte zweite Kammer (12) unterteilt; und Pumpenmitteln (13), die so angeordnet sind, daß sie Viskoflüssigkeit zwischen den Kammern (11 und l2) pumpen. dadurch gekennzeichnet,

daß die Pumpenmittel (13) in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen den ersten und zweiten Drehelementen (4,5) betätigt werden und Viskoflüssigkeit von der zweiten Kammer (12) zur ersten Kammer (11) pumpen, wenn das zweite Drehelement (4) schneller rotiert als das erste Drehelement (5) und viskose Flüssigkeit von der ersten Kammer (11) in die zweite Kammer (12) pumpen, wenn das erste Drehelement (5) schneller rotiert als das zweite Drehelement (4).

2. Eine Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Pumpenmittel (13) als Flügelzellenpumpe ausgebildet sind.

3. Eine Viskokupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Flügelzellenpumpe (13) ein mit einem der Drehelemente (4,5) verbundenes Gehäuse (14) und einen mit dem anderen Drehelement (4,5) verbundenen Rotor (15) aufweist, wobei das Gehäuse und der Rotor zwischen sich einen Arbeitsraum (17) bilden, der durch Öffnungen (18,19) mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer verbunden ist.

4. Ein mit einer Viskokupplung ausgestattetes Kraftübertragungssystem eines Fahrzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte Drehelement zum Antrieb mit dem Fahrzeugmotor verbunden ist und die ersten und zweiten Drehelemente (4,5) jeweils mit einer der Fahrzeugantriebswellen (6a,6b) verbunden sind.

5. Ein Kraftübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Fahrzeugantriebswellen (6a,6b) die hinteren Räder des Fahrzeugs antreiben.