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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf hydromechanische
Kupplungen mit begrenztem Schlupf einer Art, die in Anwendungen eines
Antriebsststrangs eines Motorfahrzeugs verwendet werden. Insbesondere
ist die vorliegende Erfindung auf eine hydraulische Kupplung gerichtet,
die eine hydraulische Pumpe, eine Transferkupplung und ein Fluidverteilungssystem
zum Verteilen eines Fluids von der Pumpe an eine erste Kammer zum
Betätigen
der Transferkupplung und an eine zweite Kammer zum Schmieren und
Kühlen
der Transferkupplung aufweist.
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Hydraulische
Kupplungen werden in verschiedenen Antriebsstranganwendungen des
Fahrzeugs verwendet, um ein Rutschen zu begrenzen und ein Antriebsdrehmoment
zwischen einem Paar von sich drehenden Elementen zu übertragen.
Bei allen Radantriebsanwendungen werden hydraulische Kupplungen
dazu verwendet, automatisch das Antriebsdrehmoment, das von einem
angetriebenen Element an ein nicht angetriebenes Element übertragen
wird, in Abhängigkeit
von einem Geschwindigkeitsdifferenzial dazwischen zu steuern. Bei
Anwendungen mit begrenztem Schlupf, wie zum Beispiel in einer Achsschenkelanordnung,
einem Fall der ganzzeitigen Übertragung,
oder bei einer mit der Kardanwelle kombinierten Hinterachse werden
hydraulische Kupplungen dazu verwendet, automatisch den Schlupf
zu begrenzen und die Drehmomentverteilung zwischen einem Paar von
sich drehenden Elementen voreinzustellen. Beispiele von hydraulischen Kupplungen,
die für
solche Antriebsstranganwendungen anpassbar sind, beinhalten viskose
Kupplungen, verzahnte Traktionseinheiten und elektronisch gesteuerte
Reibkupplungen, die im Wesentlichen ähnlich denjenigen sind, die
in den US Patenten Nr. 5,148,900, 5,358,454, 5,649,459, 5,704,863
und 5,779,013 vom selben Anmelder gezeigt und beschrieben sind.
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Eine
solche hydraulische Kupplung ist auch aus dem Dokument WO 9641090
bekannt.
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Hydraulische
Kupplungen der in dem US Patent Nr. 5,704,863 des gemeinsamen Anmelders
offenbarten Typs enthalten eine Kupplungsanordnung, die operativ
zwischen einem Paar von sich drehenden Elementen dazwischen verbunden
ist, und eine hydraulische Pumpe zum Erzeugen einer Fluidpumpenwirkung
in Abhängigkeit
von einer relativen Rotation zwischen den zwei sich drehenden Elementen, die
dazu verwendet wird, die Kupplungsanordnung zu betäti gen. Die
Kupplungsanordnung enthält
einen Kolben, der dazu angepasst ist, eine Kupplungseingriffskraft
auf ein Kupplungspaket auszuüben,
das operativ zwischen den zwei sich drehenden Elementen verbunden
ist. Die Kupplungseingriffskraft ist eine Funktion des Fluiddrucks,
der durch die hydraulische Pumpe erzeugt wird. Zusätzlich ist
eine Steuerventileinrichtung zum Steuern der Drehmomentübertragungscharakteristika
der hydraulischen Kupplung vorgesehen. Insbesondere wirkt die Steuerventilanordnung
derart, dass sie einen Drehmomenttransfer während des Auftretens von verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeitsdifferenzialen zwischen den sich drehenden Elementen
verhindert, um für
enge Drehungen Rechnung zu tragen, die zum Überwinden von Kurven oder Parken
des Motorfahrzeugs erforderlich sind. Wenn jedoch höhere Geschwindigkeitsdifferenziale
auftreten, überwindet
der erzeugte Druck die Steuerventilanordnung und bewirkt, dass der
Kolben auf das Kupplungspaket aufgebracht wird. Somit sehen solche
hydraulische Kupplungen progressive Drehmomentübertragungscharakteristika
vor, die proportional zu den relativen Differenzialgeschwindigkeiten
zwischen den zwei sich drehenden Elementen variieren.
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Während bekannte
hydraulische Kupplungen, einschließlich der oben offenbarten
oder beschriebenen, jedoch nicht darauf beschränkt, sich als akzeptabel für verschiedene
Anwendungen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs erwiesen haben, sind solche
Einrichtungen nichts desto trotz geeignet verbessert zu werden,
was ihre Leistung und Kosten verbessern kann. Behält man dies
im Kopf, besteht eine Notwendigkeit dafür, verbesserte hydraulische Kupplungen
zu entwickeln, welche den Stand der Technik voranbringen.
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Darstellung
der Erfindung
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Entsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische
Kupplung zur Verwendung in Anwendungen eines Antriebsstrangs eines
Kraftfahrzeugs vorzusehen, um einen Schlupf zu begrenzen und ein
Drehmoment zwischen einem Paar sich drehender Elemente zu übertragen.
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Entsprechend
dieser Aufgabe ist die hydraulische Kupplung der vorliegenden Erfindung
so, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
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Die
Stellgliedanordnung enthält
ein Fluidverteilungssystem, das einen ersten Strömungsweg zwischen einer Zufuhrkammer
und der hydraulischen Pumpe, einen zweiten Strömungsweg zwischen der hydraulischen
Pumpe und der Kolbenkammer und einen dritten Strömungsweg zwischen der hydraulischen
Pumpe und der Kupplungskammer enthält. Das an die Kolbenkammer
gelieferte Fluid steuert den Eingriff des Kolbens mit dem Kupplungspaket zum
Steuern einer Betätigung
der Kupplungsanordnung. Ferner wird das an die Kupplungskammer gelieferte
Fluid dazu verwendet, das Kupplungspaket zu kühlen und zu schmieren.
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Als
ein zusätzliches
Merkmal ist die hydraulische Kupplung angepasst, in einer Antriebsstrangvorrichtung
installiert zu werden, wobei ihre Zufuhrkammer in Fluidverbindung
mit einem Sumpf ist, der zu der Antriebsstrangvorrichtung zugehörig ist.
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Als
ein alternatives Merkmal ist die hydraulische Kupplung eine abgedichtete
Einheit, die innerhalb einer Antriebsstrangvorrichtung installiert
ist, und enthält
einen Rezirkulationsströmungsweg
zum Zurückführen von
Fluid von der Kolbenkammer und der Kupplungskammer an die Zufuhrkammer.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
unmittelbar von der folgenden detaillierten Spezifikation und den
beigefügten
Ansprüchen
deutlich, die in Verbindung mit den Zeichnungen den besten Weg,
wie er gegenwärtig
angesehen wird, zum Ausführen
der Erfindung darstellen. Es wird Bezug genommen auf die Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer hydraulischen Kupplung ist, die operativ
zwischen zwei sich drehenden Elementen angeschlossen ist;
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2 eine
Seitenansicht des Kolbengehäuses
ist, das zu der in 1 gezeigten hydraulischen Kupplung
gehört;
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3 eine
gegenüberliegende
Seitenansicht des in 2 gezeigten Kolbengehäuses ist;
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4 eine
Seitenansicht ist, welche die Bauteile der hydraulischen Pumpe zeigt,
die zu der in 1 gezeigten hydraulischen Kupplung
zugeordnet sind;
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5 eine
Seitenansicht ist, teilweise ausgebrochen, des zu der in 1 gezeigten
hydraulischen Kupplung gehörigen
Pumpengehäuses;
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6 eine
alternative Konstruktion für
die hydraulische Kupplung der vorliegenden Erfindung darstellt;
und
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7 eine
Querschnittsansicht einer abgedichteten Version der in 1 gezeigten
hydraulischen Kupplung ist, die entsprechend einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Im
Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung auf eine hydromechanische
Drehmomentübertragungsvorrichtung
mit begrenztem Schlupf gerichtet, die anschließend als eine hydraulische
Kupplung bezeichnet wird. Anwendungen im Antriebsstrang, für die die
hydraulischen Kupplungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
enthalten, ohne darauf beschränkt
zu sein, Achsschenkeldifferenziale mit begrenztem Schlupf, Leistungsabzugs-
und In-Line-Kupplungen zur Verwendung in Allradantriebsfahrzeugen,
Aufrufsbetriebskupplungen und Differenziale mit begrenztem Schlupf
zur Verwendung in Vierradantriebsübertragungsfällen, Differenziale
mit begrenztem Schlupf zur Verwendung in mit der Kardanwelle kombinierten
Hinterachsen und jede andere Art von Antriebsstrangvorrichtung,
welche es erfordert, dass ein Antriebsdrehmoment zwischen zwei sich
drehenden Elementen übertragen
wird. Ferner findet die hydraulische Kupplung der vorliegenden Erfindung
speziell Anwendung in Fahrzeugantriebsstrangvorrichtungen, die nicht
mit Sekundärschmierölpumpensystemen
ausgerüstet
sind. Entsprechend löst
diese Erfindung ein Problem, das herkömmlichen hydraulischen Kupplungen
eigen ist, indem ein Fluidverteilungssystem und eine Steuerventileinrichtung
vorgesehen werden, die es erlauben, dass eine hydraulische Pumpe
Fluid von einer Zufuhrkammer an eine Kolbenkammer zum Betätigen einer
Kupplungsanordnung und an eine Kupplungskammer zum Kühlen und
Schmieren der Kupplungsanordnung zuführt.
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen, in der eine hydraulische Kupplung
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Allgemeinen mit Referenzziffer 10 bezeichnet
ist. Die hydraulische Kupplung 10 ist innerhalb einer Antriebsstrangvorrichtung
eingebaut und ist operativ zwischen einem ersten sich drehenden
Element und einem zweiten sich drehenden Element zum Begrenzen eines
Geschwindigkeitsdifferenzials und/oder zum Übertragen einer Drehleistung (Antriebsdrehmoment)
dazwischen angeschlossen. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Drehelement
eine Primärwelle
oder angetriebene Welle 14 und das zweite Drehelement ist
eine Sekundärwelle
oder nicht angetriebene Welle 12, die durch das Lager 16 zur
Rotation relativ zu der angetriebenen Welle 14 gelagert
ist. Wie nachfolgend deutlich wird, ist die hydraulische Kupplung 10 dazu
angepasst, automatisch und progressiv die Wellen 12 und 14 in
Abhängigkeit
von übermäßigen Rotationsgeschwindigkeitsdifferenzen
dazwischen zu verbinden. Während die
nachfolgende Beschreibung auf die Übertragung von Drehmoment von
der Welle 14 an die Welle 12 gerichtet ist, ist
zu verstehen, dass bei anderen Anwendungen die Welle 12 das
angetriebene Drehelement sein könnte.
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Im
Allgemeinen enthält
die hydraulische Kupplung 10 eine Pumpenanordnung 18 und
eine Transferkupplung 20, die betätigbar innerhalb einer Abdeckanordnung 22 angeordnet
sind. Entsprechend der gezeigten Ausführungsform enthält die Pumpenanordnung 18 eine
bidirektionale hydraulische Pumpe 24 und eine Kolbenanordnung 46,
während
die Transferkupplung 20 eine hydraulisch betätigte Mehrplattenkupplungsanordnung
ist. Die Abdeckanordnung 22 enthält eine zylindrische äußere Trommel 26 und
ein Paar von Abdeckplatten 28 und 30, die daran
befestigt (d.h. angeschweißt)
sind. Die Abdeckplatte 28 ist befestigt (d.h. verkeilt)
mit der Welle 12 gezeigt, so dass die Abdeckanordnung 22 die
Welle 12 antreibt oder durch die Welle 12 angetrieben
wird. In ähnlicher
Weise ist eine röhrenförmige Pumpenwelle 14a mit
der Welle 14 verkeilt und ist dargestellt, dass sie eine
O-Ring-Dichtung 34 stützt, um
zu erlauben, dass die Abdeckplatte 30 der Abdeckanordnung 22 sich
relativ zu der Pumpenwelle 14a dreht, während eine fluiddichte Dichtung
dazwischen vorgesehen wird. Als solches umgibt die Abdeckanordnung 22 die
zweite Welle 14 und definiert eine ringförmige Trommelkammer 35 damit.
Ein Paar von Einlässen 36 ist
durch die Abdeckplatte 30 geformt, um zu erlauben, dass
hydraulisches Fluid in die hydraulische Kupplung 10 von
einem Sumpf eingesaugt wird, der schematisch durch den Block 32 dargestellt
ist, der innerhalb der Antriebsstrangvorrichtung 11 positioniert
ist.
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Weiter
unter Verweis auf 1 ist die Transferkupplung 20 gezeigt,
dass sie innerhalb der Trommelkammer 35 positioniert ist,
und eine Kupplungsnabe 38, die an der Welle 14 (oder
der Pumpenwelle 14a) befestigt (d.h. verkeilt) ist, und
ein Mehrplattenkupplungspaket 40 enthält. Das Kupplungspaket 40 enthält eine
Mehrzahl von inneren Kupplungsplatten 42, die an der Kupplungsnabe 38 befestigt
sind (d.h. verkeilt), und die wechselweise mit einer Mehrzahl von äußeren Kupplungsplatten 44 verschachtelt
sind, die an der äußeren Trommel 26 befestigt
sind (d.h. verkeilt). Alternativ kann die Kupplungsnabe 38 weggelassen
werden, wobei die inneren Kupplungsplatten 42 direkt an
einer der beiden Wellen 14 und 14a verkeilt sind.
Die Kolbenanordnung 46 enthält ein Kolbengehäuse 48,
das an seinem äußeren Umfang an
der äußeren Trommel 26 befestigt
(d.h. verkeilt) ist, und einen Kolben 50, der für eine Verschiebebewegung
in einer ringförmigen
Kolbenkammer 52, die in dem Kolbengehäuse 48 geformt ist,
gehalten ist. Wie es gezeigt ist, wird eine O-Ring-Dichtung 54 in einer
Nut gehalten, die in der Pumpenwelle 14a geformt ist, zum
Erlauben, dass das Kolbengehäuse 48 sich
relativ zu der Pumpenwelle 14a dreht, während eine fluiddichte Dichtung
dazwischen vorgesehen wird. Als solche wirkt die Kolbenanordnung 46 mit
der Abdeckanordnung 22 zur Definition einer Kupplungskammer 56 zusammen.
Zusätzlich
sind O-Ring-Dichtungen 58a und 58b zwischen den
passenden Randoberflächen
der Kolbenkammer 52 und dem Kolben 50 angebracht.
Somit wird der Kolben 50 für eine axiale Verschiebebewegung
innerhalb der Kolbenkammer 52 relativ zu dem verschachtelten
Mehrfachplattenkupplungspaket 40 zum Aufbringen einer kompressiven
Kupplungseingriffskraft darauf gelagert, wodurch ein Antriebsdrehmoment
von der angetriebenen Welle 14 an die nicht angetriebene
Welle 12 übertragen
wird. Alternativ kann der Kolben 50 ein Abdeckmaterial,
das damit verbunden ist, haben, wie zum Beispiel Gummi, um einen
abgedichteten Gleiteingriff mit der inneren und äußeren Randoberfläche der
Kolbenkammer 52 vorzusehen. Die Menge der Drehmomentenübertragung
zwischen den Wellen 14 und 12 ist dahingehend
progressiv, dass sie proportional zur Größe der Kupplungseingriffskraft,
die durch den Kolben 50 auf das Kupplungspaket 40 ausgeübt wird,
ist, die wiederum eine Funktion des Fluiddrucks innerhalb der Kolbenkammer 52 ist.
Ferner wird die Größe des Fluiddrucks
innerhalb der Kolbenkammer 52 als eine Funktion des Geschwindigkeitsdifferenzials ΔRPM zwischen
den Wellen 12 und 14 kontrolliert.
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Insbesondere
unter Bezugnahme nun auf 1 bis 3 ist das
Kolbengehäuse 48 dargestellt,
dass es eine Fluidverteilungs- und Ventilanordnung hat, die betreibbar
ist, selektiv die Abgabe von Fluid an die Kolbenkammer 52 und
die Kupplungskammer 56 von der hydraulischen Pumpe 24 zu
kontrollieren. Insbesondere enthält
das Kolbengehäuse 48 ein
Paar von ersten Transferöffnungen 60,
die sich jeweils zwischen einem Paar der ersten Schattenschlitze 62 und
einem Kolbeneinlassschlitz 64, der in der Kolbenkammer 52 geformt
ist, erstrecken und eine Verbindung herstellen. Ein Rückschlagventil 66 ist
durch Niete 68 im Kolbeneinlassschlitz 64 montiert und
seine gegenüberliegenden
Anschlussenden überlappen
erste Transferöffnungen 60.
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil 66 ein
längliches
metallisches Blattventilelement (Reed-Ventil). Basierend auf der Richtung
der Relativrotation zwischen den Wellen 12 und 14 (die
zu einer entsprechenden Rotationsrichtung der hydraulischen Pumpe 24 führt), bewirkt
der Hydraulikdruck in einem der ersten Schattenschlitze 62,
der durch die Pumpenwirkung der hydraulischen Pumpe 24 erzeugt
wird, dass das entsprechende Anschlussende des Rückschlagventils 66 sich
elastisch in eine „Offen"-Position weg von dem
Kolbeneinlassschlitz 64 in dem Kolbengehäuse 48 deformiert,
wodurch es eine entsprechende erste Transferöffnung 60 öffnet zum
Erlauben, dass Fluid von diesem speziellen ersten Schattenschlitz 62 in die
Kolbenkammer 52 strömt.
Gleichzeitig kann der niedrigere Fluiddruck in dem anderen der ersten Schattenschlitze 62 das
andere Anschlussende des Rückschlagventils 66 nicht
bewegen, das in einer „Geschlossen"-Position innerhalb
des Kolbeneinlassschlitzes 64 gehalten wird zum Verhindern
der Abgabe von hydraulischen Fluid aus der Kolbenkammer 52 durch
die andere der ersten Transferöffnungen 60.
Als solches wird das hydraulische Fluid in der Kolbenkammer 52,
wenn es einen vorgegebenen minimalen Druck übersteigt, die Transferkupplung 20 betätigen, indem
der Kolben 50 in Richtung auf das Kupplungspaket zum Aufbringen
der resultierenden Kupplungseingriffskraft darauf bewegt wird. Während der
entgegengesetzten Richtung der Relativrotation zwischen den Wellen 12 und 14 sind
die oben erwähnten
offenen und geschlossenen Positionen für die Anschlussenden des Rückschlagventils 66 für jede erste
Transferöffnung 60 umgekehrt.
Beim Aussetzen der Pumpenwirkung wird jedes Anschlussende des Rückschlagventils 66 vorbelastet,
dass es in seine jeweilige geschlossene Position zurückkehrt, um
eine Zufuhr von Fluid in der Kolbenkammer 52 aufrechtzuerhalten.
Somit wirkt das Rückschlagventil 66 als
ein im Normalzustand geschlossenes Ventil. Wie zu erkennen ist,
könnte
ein getrenntes Rückschlagventil
vom Reed-Typ mit jeder ersten Transferöffnung 60 verwendet
werden und/oder jede geeignete Art von Rückschlagventil könnte verwendet
werden, um die Strömung
in die Kolbenkammer 52 von der Hydraulikpumpe 24 zu
steuern.
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Wie
aus 2 und 3 zu erkennen ist, enthält das Kolbengehäuse 48 auch
ein Paar von zweiten Transferöffnungen 74,
die jeweils mit einem eines Paars von zweiten Schattenschlitzen 76 und
einer ringförmigen
Abgabeausnehmung 78 in Verbindung stehen, die mit der Kupplungskammer 56 in Verbindung
steht. Die Ventilanordnung, die zu dem Kolbengehäuse 48 gehört, enthält weiter
ein Rückschlagventil 80,
das durch Niete 82 in der Abgabeausnehmung 78 montiert
ist. Ähnlich
zu dem Rückschlagventil 66 ist
das Rückschlagventil 80 vorzugsweise
ein lang gestrecktes metallisches Reed-Ventilelement. Basierend
auf der Richtung der Relativrotation zwischen den Wellen 12 und 14 wird
Hydraulikdruck, der in einem der zweiten Schattenschlitze 76 durch
die Pumpenwirkung der hydraulischen Pumpe 24 erzeugt wird,
bewirken, dass das entsprechende Anschlussende des Rückschlagventils 80 sich
elastisch in eine „Offen"-Position weg von
dem Kolbengehäuse 48 bewegt,
wodurch seine entsprechende zweite Transferöffnung 74 geöffnet wird,
damit die Strömung
des gepumpten hydraulischen Fluids in die Abgabeausnehmung 78 und
die Kupplungskammer 56 erlaubt wird. Gleichzeitig wird
das andere Anschlussende des Rückschlagventils 80 in
einer „Geschlossen"-Position relativ
zu dem Kolbengehäuse 48 gehalten
zum Verhindern der Strömung
von hydraulischen Fluid aus der Kupplungskammer 56 durch
die andere zweite Transferöffnung 74.
Beim Aussetzen der Pumpenwirkung ist jedes Anschlussende des Rückschlagventils 80 vorbelastet,
dass es in seine jeweilige geschlossene Position zurückkehrt. Wie
vorher kann ein getrenntes Rückschlagventil vom
Reed-Typ für
jede zweite Transferöffnung 74 verwendet
werden und jede andere Art von geeignetem Rückschlagventil kann verwendet
werden.
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Wie
am besten aus 3 zu erkennen ist, sind erste
Schattenschlitze 62 und zweite Schattenschlitze 76 symmetrisch
zu einer Linie „A". Zusätzlich trennt
ein Netzbereich 82 jeden ersten Schattenschlitz 62 von
einem entsprechenden zweiten Schattenschlitz 76. Somit
kann Fluid von dem zweiten Schattenschlitz 76 durch die
zweiten Transferöffnungen 74 zur
Abgabeöffnung 78 geliefert
werden, ohne dass der Fluiddruck, der durch die ersten Transferöffnungen 60 zur
Kolbenkammer 72 geliefert wird, beeinflusst wird. Somit
können
die Charakteristika für das
unter Druck setzen für
die Kolbenkammer 52 fein eingestellt werden, um eine Bewegung
des Kolbens 50 und die Betätigung der Transferkupplung 20 auf eine
Weise zu steuern, die unabhängig
von dem gepumpten Fluid ist, das dazu verwendet wird, das Kupplungspaket 40 in
der Kupplungskammer 56 zu schmieren und zu kühlen. Auf
diese Weise ist der Fluiddruck, der der Kolbenkammer 52 zugeführt wird, höher als
der Fluiddruck, der der Kupplungskammer 56 zugeführt wird,
da das Fluid in der Kupplungskammer 56 die Transferkupplung 20 nicht
betätigen
soll. Optional könnten
der zweite Schattenschlitz 76 zur Abgabe von Hochdruckfluid
an die Kolbenkammer verwendet werden und der erste Schattenschlitz 62 zur
Abgabe von Niederdruckfluid an die Kupplungskammer 56 verwendet
werden. Ferner sind die relativen Größen der Transferöffnungen 60 und 74 gewählt, dass
sie die erforderliche Strömungsrate
bei den zwei Drücken
vorsehen.
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Die
hydraulische Kupplung 10 enthält eine Steuerventilanordnung,
die dazu betätigbar
ist, das vorgegebene minimale Druckniveau innerhalb der Kolbenkammer 52 festzusetzen,
bei dem die Transferkupplung 20 anfänglich betätigt wird, um Antriebsdrehmomente
zu übertragen,
und die weiter betreibbar ist, Viskositätsänderungen in dem hydraulischen Fluid
zu kompensieren. Wie es in 2 dargestellt ist,
ist ein Paar von Steuerventilen 86 durch Niete 88 in
abgeschrägten
Entlüftungsschlitzen 90 gesichert, die
in der Kolbenkammer 52 geformt sind, so dass das Anschlussende
jedes Steuerventils 86 normal in einer „Offen"-Position gehalten wird, die von einer Entlüftungsöffnung 92 versetzt
ist. Entlüftungsöffnungen 92 erstrecken
sich durch das Kolbengehäuse 48 und
sehen eine Fluidverbindung zwischen den ersten Transferöffnungen 60 und
den Entlüftungsschlitzen 90 vor.
Während
einer anfänglichen
Relativrotation bewirkt die Pumpenwirkung der Hydraulikpumpe 24, dass
Fluid an die Kolbenkammer 52 durch eine der Entlüftungsöffnungen 92 von
ihrem entsprechenden ersten Schattenschlitz 62 auf der
Abgabeseite der Hydraulikpumpe 24 zugeführt wird. Gleichzeitig wird Fluid
aus der Kolbenkammer 52 durch die andere Entlüftungsöffnung 92 an
ihren entsprechenden ersten Schattenschlitz 62 auf der
Saugseite der Hydraulikpumpe 24 abgegeben. Als alternative
Anordnung kann eine Entlüftungsöffnung durch
den Kolben 50 geformt sein, wobei ein Steuerventil 86 zum
Kontrollieren einer Strömung
von der Kolbenkammer 52 in die Kupplungskammer 56 angeordnet
ist.
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Steuerventile 86 sind
vorzugsweise bi-metallische Ventilelemente, die aus einem laminierten Paar
von unähnlichen
metallischen Streifen gebildet sind, die unterschiedliche thermische
Expansionskoeffizienten haben. Als solches bewegt sich das Anschlussende
jedes Steuerventils 86 relativ zu seiner zugehörigen Entlüftungsöffnung 92,
wenn die Fluidtemperatur variiert, zum Kontrollieren der Fluidströmung durch
die Entlüftungsöffnungen 92 unabhängig von
Veränderungen
in der Viskosität
des hydraulischen Fluids, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden.
Wenn jedoch das ΔRPM
einen vorgegebenen Betätigungswert übersteigt,
erreicht das Fluid in der Kolbenkammer 52 sein vorgegebenes
Druckniveau und bewirkt, dass das Anschlussende des Steuerventils 86 auf
der Saugseite der Pumpe 24 sich in seine „Geschlossen"-Position bewegt,
um eine Fluidströmung
durch seine entsprechende Entlüftungsöffnung 92 zu
verhindern. Diese Strömungseinschränkung bewirkt
eine Zunahme im Fluiddruck innerhalb der Kolbenkammer 52,
die wiederum bewirkt, dass der Kolben 50 eine große Kupplungseingriffskraft
auf das Kupplungspaket 40 zum Betätigen der Transferkupplung 20 ausübt. Ein
Bypasskanal 94 ist gezeigt, dass er in dem Anschlussende
von jedem Steuerventil 86 geformt ist, damit eine kleine
Menge von Entlüftungsströmung aus
der Kolbenkammer 52 möglich
ist, selbst wenn das Steuerventil 86 in seiner geschlossenen
Position ist, um nach und nach die Kolbenkammer 52 zu entlasten und
die Transferkupplung 20 außer Eingriff zu bringen, wenn
die Pumpe 24 nicht aktiv ist. Als eine Alternative kann
der Entlüftungskanal
im Entlüftungsschlitz 90 geformt
sein und mit der Entlüftungsöffnung 92 in
Verbindung stehen.
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Wie
angegeben ist die hydraulische Pumpe 24 betätigbar,
hydraulisches Fluid durch erste Transferöffnungen 60 in die
Kolbenkammer 52 zu pumpen, um die Transferkupplung 20 zu
betätigen,
und hydraulisches Fluid durch die zweiten Transferöffnungen 74 in
die Kupplungskammer 56 zu pumpen, um das Kupplungspaket 40 zu
kühlen
und zu schmieren. Vorzugsweise ist die hydraulische Pumpe 24 eine
bidirektionale Drehpumpe, welche Fluid mit einer Rate pumpen kann,
die proportional zum Geschwindigkeitsdifferenzial zwischen den Wellen 14 und 12 ist. Entsprechend
einer bevorzugten Konstruktion enthält die hydraulische Pumpe 24 eine
Pumpenanordnung 100 mit einer Rotorpumpe mit innen verzahntem
Rotor und ein Pumpengehäuse 102,
die beide innerhalb der Trommelkammer 35 positioniert sind.
Bezugnehmend auf 1 und 4 ist eine
Pumpenanordnung 100 mit einer Rotorpumpe mit innen verzahntem
Rotor als eine Dreibauteilanordnung dargestellt, die einen Pumpenring 104,
der an einer Pumpenwelle 14a befestigt ist (d.h. mit einem
Keil oder einer Splineverbindung), einen exzentrischen Ring 106,
der an der äußeren Trommel 26 befestigt
ist (d.h. verkeilt), und einen Statorring 108, der zur
Betätigung
dazwischen angebracht ist, enthält.
Der Pumpenring 104 hat eine Mehrzahl von Außenzähnen 110,
die sich konzentrisch relativ zu der Pumpenwelle 14a um
eine gemeinsame Rotationsachse drehen, wie sie durch die Achsenlinie „X" bezeichnet ist.
Der Statorring 108 enthält
eine Mehrzahl von Innennocken 112 und hat eine äußere Umfangsrandoberfläche 114,
die gelenkig drehbar innerhalb einer kreisförmigen Innenbohrung 116 gelagert
ist, die in dem exzentrischen Ring 106 geformt ist. Die
Innenbohrung 116 ist von der Rotationsachse „X" so versetzt, dass
aufgrund des Kämmens
der Innennocken 112 des Statorrings 108 mit den
Außenzähnen 110 des Pumpenrings 104 eine
Relativrotation zwischen dem Pumpenring 104 und dem exzentrischen
Ring 106 eine exzentrische Rotation des Statorrings 108 bewirkt.
Diese exzentrische Anordnung führt
zu einer Pumpenwirkung von Fluid unter Druck von den Pumpeneinlassschlitzen 116,
die in den Pumpengehäuse 102 auf
der Einlassseite der hydraulischen Pumpe 24 geformt sind,
an entsprechende erste und zweite Schattenschlitze 62 und 76,
die in dem Kolbengehäuse 48 angrenzend
zur Abgabeseite der Pumpe 24 geformt sind. Vorzugsweise
hat der Statorring 108 eine Anzahl von Nocken 112,
die um eins größer ist
als die Anzahl der Zähne 110,
die auf dem Pumpenring 104 vorgesehen sind. Als Alternative
kann die hydraulische Pumpe 24 eine Zahnradpumpe oder jede
andere Fluidpumpe sein, die zum Erzeugen von hydraulischem Druck
als Antwort auf eine Relativrotation zwischen zwei Pumpenbauteilen
betreibbar ist.
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Die
Pumpenanordnung 100 mit der Rotorpumpe mit innen verzahntem
Rotor ist zum Betrieb eingebaut innerhalb der Trommelkammer 35 zwischen
dem Kolbengehäuse 48 und
dem Pumpengehäuse 102 dargestellt.
Das Pumpengehäuse 102 ist dargestellt,
dass es seine äußere Umfangsoberfläche zur
Rotation mit der äußeren Trommel 26 befestigt
hat (d.h. verkeilt), während
seine innere Umfangsoberfläche
gelenkig zur Relativrotation im Bezug zur Pumpenwelle 14a gelagert
ist und relativ dazu durch eine O-Ringdichtung 120 gedichtet
ist. Die Abdeckplatte 30 ist geformt, dass sie eine ringförmige Zufuhrkammer 122 enthält, die
mit Einlässen 36 in
Verbindung steht. Das Pumpengehäuse 102 enthält eine
Serie von ersten Einlassöffnungen 124a,
die sich zwischen ersten Einlassschlitzen 116a und der Zufuhrkammer 122 erstrecken.
Das Pumpengehäuse 102 enthält auch
eine Reihe von zweiten Einlassöffnungen 124b,
die sich zwischen zweiten Einlassschlitzen 116b und der
Zufuhrkammer 122 erstrecken. Wenn die hydraulische Pumpe 24 montiert wird,
werden die ersten Einlassschlitze 116a mit den ersten Schattenschlitzen 62 ausgerichtet
und die zweiten Einlassschlitze 116b werden mit den zweiten Schattenschlitzen 76 ausgerichtet.
Eine Ventilanordnung steuert die Abgabe von Fluid von der Zufuhrkammer 122 in
den ersten und zweiten Einlassschlitz 116a und 116b.
Insbesondere zeigt 5 ein erstes und ein zweites
Rückschlagventil 126a und 126b,
die jeweils Niete 128 innerhalb des ersten bzw. zweiten Einlassschlitzes 116a und 116b montiert
sind, und die zwiebelartige Ventilsegmente haben, die die Einlassöffnungen 124a und 124b zum
Steuern der Strömung
durch sie überlappen.
Rückschlagventile 126a und 126b sind
längliche
metallische Ventilelemente, die dazu angepasst sind, auf Nieten 128 aus
einer „Geschlossen"-Position in eine „Offen"-Position als Antwort
auf die gerichtete Pumpenwirkung der hydraulischen Pumpe 24 zu
gleiten, so dass hydraulisches Fluid innerhalb der Zufuhrkammer 122 in
einen entsprechenden Satz von Einlassöffnungen 124a und 124b gezogen
wird. Wenn die Pumpenwirkung ausgesetzt wird, sind die Rückschlagventile 126a und 126b angepasst,
in ihre jeweiligen geschlossenen Positionen zurückzukehren, um eine Zufuhr
von Fluid innerhalb der Einlassschlitze 116a und 116b aufrechtzuerhalten.
Als eine Option kann die Abdeckplatte 30 eliminiert werden,
wenn das Pumpengehäuse 102 an
der äußeren Trommel 26 angeschweißt ist, so
dass die Einlassöffnungen 124a und 124b mit dem
Sumpf 32 in Verbindung stehen. Die hydraulische Kupplung 10 enthält weiter
einen Fluidströmungsweg
zum Zurückbringen
von Fluid aus der Kupplungskammer 56 zum Sumpf 32.
Dieser Fluidströmungsweg
ist zum Teil durch Schmieröffnungen 96 und 98 definiert,
die jeweils in der äußeren Trommel 26 und
der Abdeckplatte 28 geformt sind.
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Weiter
bezugnehmend auf 6 ist eine alternative Ausführungsform
der hydraulischen Kupplung 10 durch Referenzziffer 10A bezeichnet
und identifiziert. Gemeinsame Referenzziffern werden dazu verwendet, ähnliche
Elemente zu identifizieren, wobei die folgende Beschreibung primär auf die
Unterschiede zwischen den hydraulischen Kupplungen 10 und 10A beschränkt ist.
Insbesondere ist die hydraulische Kupplung 10A dargestellt
mit einer weggelassenen Pumpenwelle 14a, so dass die Abdeckplatten 28 und 30 der
Abdeckanordnung 22 zur Drehung darauf durch Lager 130 gelagert
sind und relativ dazu durch geeignete Dichtungen 132 gedichtet
sind. Die Abdeckplatte 28 enthält Bohrungen 134 mit
Gewinde, die dazu angepasst sind, Gewindebefestigungseinrichtungen
zum Festlegen eines Drehelements (d.h. eines Jochs, eines Zahnkranzes,
eines Ringzahnrads usw.) and der Abdeckanordnung 22 aufzunehmen.
Die Transferkupplung 20 ist auch dargestellt, dass die
Kupplungsnabe 38 weggelassen ist, so dass die inneren Platten 42 direkt
mit der Welle 14 verkeilt sind. Ferner zeigt die obere
Hälfte
von 6 die Welle 14, dass sie ein Joch 136 mit
Gewindeöffnungen 138 für die Aufnahme
von Gewindebefestigungseinrichtungen zum Sichern der Welle 14 an einer
anderen Welle oder an anderen Arten von Drehelementen und/oder Verbindungen
enthält.
Eine leicht modifizierte Version der Hydraulikkupplung 10A ist
in der unteren Hälfte
von 6 gezeigt, wobei die Welle 14 externe
Splines 140 zur Verbindung mit internen Splines einer anderen
Komponente des Antriebsstrangs enthält.
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Bezugnehmend
auf 7 ist nun eine abgeschlossene oder „gedichtete" hydraulische Kupplung 10B gezeigt.
Da die hydraulische Kupplung 10B relativ zur Antriebsstrangvorrichtung 11 gedichtet
ist, erfordert sie nicht, dass Fluid von dem Sumpf 32 angesaugt
wird und enthält
an sich einen internen Rezirkulationsströmungsweg zum Zurückbringen
von Fluid in der Kolbenkammer 52 und der Kupplungskammer 56 zur
Zufuhrkammer 22. In den meisten Aspekten ist die Konstruktion
der hydraulischen Kupplung 10B ähnlich zu derjenigen der hydraulischen
Kupplung 10 von 1, mit den Ausnahmen, dass Schmieröffnungen 96 und 98 in
der Abdeckanordnung 22 eliminiert sind, um die Kupplungskammer 56 relativ
zum Sumpf 32 zu dichten, ein Stöpsel 150 im Einlass 36 montiert
ist, um die Zufuhrkammer 122 relativ zum Sumpf 32 zu
dichten, und Dichtungen 152 und 154 zugefügt sind,
um dazu beizutragen zu verhindern, dass das Fluid innerhalb der
hydraulischen Kupplung 10B in den Sumpf 32 der
Antriebsstrang vorrichtung 11 ausleckt. Aufgrund der gedichteten Anordnung
kann sich die Art des Fluids, das innerhalb der hydraulischen Kupplung 10B verwendet wird,
von demjenigen unterscheiden, das innerhalb der Antriebsstrangvorrichtung 11 verwendet
wird.
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Um
ein Mittel zum Zurückbringen
von Fluid in der hydraulischen Kupplung 10B von der Kupplungskammer 56 zur
Zufuhrkammer 122 vorzusehen, wird ein Rückführströmungsweg vorgesehen, indem
ein oder mehrere der in Längsrichtung
gerichteten inneren Splinezähne
auf der äußeren Trommel 26 weggelassen
sind. Als solches läuft
Fluid innerhalb der Kupplungskammer 56 entlang des Kanals/der
Kanäle,
die durch die fehlenden Splinezähne
geformt sind, über
den äußeren Umfang
des Kolbengehäuses 48, den
exzentrischen Ring 106 und das Pumpengehäuse 102 hinaus.
Eine oder mehrere ausgenommene Kerben 155 sind in dem Pumpengehäuse 102 geformt,
damit Fluid in dem Kanal/den Kanälen
in die Zufuhrkammer 122 strömen kann. In ähnlicher
Weise ist zum Vorsehen eines Mittels zum Zurückbringen von Fluid in der
hydraulischen Kupplung 10B aus der Kolbenkammer 15 zur
Zufuhrkammer 122 ein Entlüftungsströmungsweg durch eine Reihe von
ausgerichteten Durchgangsbohrungen 156, 158 und 160 vorgesehen,
die jeweils in dem Pumpengehäuse 148,
dem exzentrischen Ring 106 und dem Pumpengehäuse 102 geformt
sind. Ein Strömungssteuerventil 162 ist
in einer der Durchgangsbohrungen 156, 158 und 160 montiert,
um die gewünschten
Strömungscharakteristika
durch den Strömungsweg
zu erzeugen.
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Somit
ist die vorliegende Erfindung auf das Vorsehen von einer sowohl
abgedichteten als auch nicht abgedichteten Konstruktion für eine hydraulische
Kupplung gerichtet, die mit einer Kupplungsanordnung, einer hydraulischen
Pumpe und einem Fluidverteilungssystem zum Abgeben eines Fluids
von der hydraulischen Pumpe an einen ersten Strömungsweg zum Betätigen der
Kupplungsanordnung und an einen zweiten Strömungsweg zum Kühlen der Kupplungsanordnung
versehen ist. Die somit beschriebene Erfindung kann, was offensichtlich
ist, in verschiedenen Weisen modifiziert werden, ohne vom Rahmen
der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert
ist.