DE10028861A1 - Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug - Google Patents
Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes FahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug, mit einem als Lamellenkupplung ausgebildeten Teil und einer Ölpumpe zur Erzeugung von Drucköl innerhalb eines geschlossenen Kupplungskörpers. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass eine mit einem Antriebsmotor und mit einer Vorderachse verbundene Antriebswelle (10) koaxial zu einem mit einer Hinterachse verbundenem Antriebszapfen (12) angeordnet ist. Die Antriebswelle (10) und der Antriebszapfen (12) sind über die Lamellenkupplung miteinander verbindbar. Innerhalb des Kupplungskörpers (18) befindet sich eine Zahnradölpumpe, bei der ein außenverzahntes Zahnrad (24) zentrisch und ein innenverzahntes Zahnrad (26) exzentrisch zur Mittelachse des Antriebszapfens (12) angeordnet sind. Das außenverzahnte Zahnrad (24) ist fest mit dem Antriebszapfen (12) verbunden, während das innenverzahnte Zahnrad (26) drehbar im mit der Antriebswelle (10) verbundenen Kupplungskörper (18) gelagert ist. Bei einer Relativdrehbewegung zwischen beiden Zahnrädern (24, 26) wird Öl von einem Saugraum (38) angesaugt und über eine Druckbohrung (30) einer Druckkammer (32) zugeführt, wodurch die Lamellenkupplung druckbeaufschlagt wird. Die Druckbohrung (30) steht mit dem Saugraum (38) über jeweils ein Überdruckventil (40) und ein Rückströmventil (42) in Verbindung.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1
genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, für allradgetriebene Fahrzeuge zur Vermeidung einer starren
Achskopplung, welche den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit beeinträchtigen würde,
zwischen der Vorder- und Hinterachse Kupplungen vorzusehen. Die allgemein
verwendeten Kupplungssysteme sind in Fachkreisen unter den Namen Viskokupplung,
Haldex-Kupplung und Torsen-Kupplung bekannt.
Die Viskokupplung ist nach dem Prinzip einer Lamellenkupplung aufgebaut und arbeitet
mit einem rotierenden Gehäuse. Das Übertragungsmoment ist bei dieser Kupplung
abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen Antriebs- und Abtriebswelle sowie von den
Eigenschaften, insbesondere der Viskosität, der verwendeten Flüssigkeit. Die
Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit hat zur Folge, dass die
Momentenübertragung temperaturabhängig ist, so dass mit steigender Temperatur der
Flüssigkeit höhere Momente übertragbar sind. Die Nachteile dieser Art von Kupplungen
sind insbesondere dadurch bedingt, dass das Übertragungsmoment unabhängig von der
Drehrichtung ist. Dieser Umstand kann zu nachteiligen Folgen im Fahrverhalten des
Fahrzeuges führen, wie beispielsweise zu unerwünschten Achsverspannungen und
Fahrstabilitätsproblemen bei einer von der Vorderachse mitüberbremsten Hinterachse.
Die Drehmomentübertragung bei einer Haldex-Kupplung wird von einer elektronischen
Steuereinheit geregelt, wodurch die Nachteile der Viskokupplungen vermieden werden.
Die Nachteile dieser Kupplung bestehen gegenüber der Viskokupplung in dem erhöhten
Kostenaufwand für die Steuerelektronik und den Hydraulikkreislauf. Des Weiteren
arbeitet diese Kupplung infolge der in einem ruhenden Gehäuse im Ölbad ständig
rotierenden Bauteile mit einem beträchtlichen Anteil an Verlustenergie.
Die Torsen-Kupplung erzeugt eine feste Drehmomentenübertragung zwischen der
Vorder- und Hinterachse des Fahrzeuges, so dass auch bei dieser Kupplung eine
überbremste Vorderachse die Hinterachse mitüberbremst. Zusätzlich führt die im Ölbad
laufende Torsen-Kupplung infolge der Verlustreibung ebenfalls zu einem erhöhten
Energieverbrauch.
Die DE 37 01 913 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Drehmomentübertragung in einem
Kraftfahrzeug, bei der zwischen einer Eingangs- und Ausgangswelle eine hydraulisch
betätigbare Reibungskupplung angeordnet ist. Diese als Lamellenkupplung ausgebildete
Reibungskupplung dient der schlupfabhängigen Sperrung eines Mitten- oder
Achsdifferentials des Kraftfahrzeuges.
Eine weitere Lösung zur Drehmomentübertragung bei Kraftfahrzeugen ist durch
die DE 38 37 426 A1 bekannt. Insbesondere betrifft diese Lösung ein automatisches
Steuerungssystem für eine Kupplung zum Einrücken von rotierenden Wellen. Ausgehend
von bekannten mechanischen Systemen wird hier eine hydraulische Steuerung der
Kupplung vorgeschlagen.
Nachteilig bei den Lösungen gemäß den beiden genannten Druckschriften ist, dass zur
Drehmomentübertragung ein großer Fertigungs- und Montageaufwand für die
betreffenden Baugruppen notwendig ist, was sich negativ auf die Gesamtkosten des
Fahrzeuges auswirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die eine verlustarme Drehmomentübertragung und eine in
allen Betriebsfällen sichere Funktion ermöglicht und zugleich in der Fertigung und
Montage geringe Kosten verursacht.
Diese Aufgabe wird durch eine Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes
Fahrzeug, mit den in dem unabhängigen Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Dadurch, dass eine mit einem Antriebsmotor und mit einer Vorderachse verbundene
Antriebswelle koaxial zu einem mit einer Hinterachse verbundenen Antriebszapfen
angeordnet ist, wobei die Antriebswelle und der Antriebszapfen durch eine
Lamellenkupplung miteinander verbindbar sind, und sich innerhalb des Kupplungskörpers
eine Zahnradölpumpe befindet, bei der ein außenverzahntes Zahnrad zentrisch und
ein innenverzahntes Zahnrad exzentrisch zur Mittelachse des Antriebszapfens
angeordnet sind, wobei das außenverzahnte Zahnrad fest mit dem Antriebszapfen
verbunden ist und bei einer Relativdrehbewegung zwischen beiden Zahnrädern Öl von
einem Saugraum ansaugbar und einer Druckkammer zuführbar und somit die
Lamellenkupplung druckbeaufschlagbar ist, und dass die Druckbohrung mit einem
Saugraum über jeweils ein Überdruckventil und ein Rückströmventil in Verbindung steht,
wird eine verlustarme Drehmomentübertragung und eine in allen Betriebsfällen sichere
Funktion der Wellenkupplung erreicht. Während bei Antriebsmomentübertragung infolge
Vorderachsschlupf mit zunehmender Differenzdrehzahl der Wellenkupplung durch
Öldruckerhöhung das Übertragungsmoment ansteigt, nimmt die erfindungsgemäße
Wellenkupplung bei negativer Drehzahldifferenz infolge der dann rückwärts laufenden
Ölpumpe eine Freilauffunktion an. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine
überbremste Vorderachse keine unerwünschte Bremswirkung auf die Hinterachse
übertragen kann. Zusätzlich können die Fertigungs- und Montagekosten der
erfindungsgemäßen Wellenkupplung gering gehalten werden, da aufwendige
Steuerelemente hierfür nicht erforderlich sind.
Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den
Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen
Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Wellenkupplung in
Schnittdarstellung.
Die mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) und mit einer Vorderachse (nicht
dargestellt) verbundene Antriebswelle 10 eines Kraftfahrzeuges ist koaxial auf dem mit
der Hinterachse (nicht dargestellt) verbundenen Antriebszapfen 12 gelagert. Die
Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 10 und dem Antriebszapfen 12
erfolgt über eine an sich bekannte Lamellenkupplung. Die Lamellenkupplung weist
Innen- und Außenlamellen auf, die nebeneinander in wechselnder Reihenfolge
angeordnet sind. Die Innenlamellen sind über einen Kupplungskörper 18 mit der
Antriebswelle 10 formschlüssig verbunden. Die Außenlamellen ragen in einen
Lamellenkorb 16 hinein, der mit dem Antriebszapfen 12 unmittelbar in Verbindung steht.
Durch einen Deckel 20 ist der Lamellenkorb 16 öldicht verschlossen. In vorteilhafter
Weise ist eine Tellerfeder 22 zu den Lamellen 14 so angeordnet, dass der Deckel 20 im
befestigten Zustand die Tellerfeder 22 gegen die Lamellen 14 drückt. Auf diese Weise
wird eine bestimmte Vorspannung der Tellerfeder 22 erreicht. Die Vorspannung der
Tellerfeder 22 kann vorzugsweise so gewählt werden, dass die Lamellenkupplung stets
ein Minimalmoment überträgt.
Innerhalb des Kupplungskörpers 18 befindet sich eine Zahnradölpumpe, bei der ein auf
dem Antriebszapfen 12 drehfestes, außenverzahntes Zahnrad 24 zentrisch und ein im
Kupplungskörper 18 drehgelagertes, innenverzahntes Zahnrad 26 exzentrisch zur
Mittelachse des Antriebszapfens 12 angeordnet sind. Bei einer Relativdrehung zwischen
Antriebswelle 10 und Antriebszapfen 12 bewegen sich das innenverzahnte Zahnrad 26
und das außenverzahnte Zahnrad 24 ebenfalls relativ zueinander. Dabei wird über eine
Saugbohrung 28 Öl aus einem Saugraum 38 angesaugt, das über eine Druckbohrung 30
weitergeleitet wird. Über die Druckbohrung 30 gelangt das Öl direkt in eine
Druckkammer 32 und beaufschlagt dort die Lamellen 14 der Lamellenkupplung. Die
Menge des geförderten Öles und damit die Druckbeaufschlagung der Lamellenkupplung
steht in einem direkten Verhältnis zur Differenz der Drehzahlen der Antriebswelle 10 und
des Antriebszapfens 12. Mit zunehmender Differenz der Drehzahlen vergrößert sich
automatisch der Druck innerhalb der Druckkammer, der auf die Lamellen 14 wirkt.
Von der Druckkammer 32 aus wird das Drucköl über definierte Ölleckagen wieder dem
Saugraum 38 zugeführt. Dabei kann das Drucköl von der Druckkammer 32 entlang der
Lamellenkupplung zu einer Entlastungsnut 34 im Deckel 20 und über eine
Drosselbohrung 36 in den Saugraum 38 zurückfließen. Der auf die Lamellenkupplung
wirkende Öldruck ist einerseits abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen der
Antriebswelle 10 und dem Antriebszapfen 12; andererseits kann er in vorteilhafter Weise
durch Auslegung der Fördermenge der Ölpumpe, den aus den definierten Ölleckagen
sich ergebenden Ölstrom und durch die Viskosität des Öles beeinflusst werden.
Ein Rückströmventil 42, das zwischen der Druckbohrung 30 und dem Saugraum 38
angeordnet ist, wird im Normalbetrieb automatisch vom anliegenden Öldruck
geschlossen gehalten. Wenn jedoch entgegen der normalen Übertragung des
Antriebsmomentes, beispielsweise durch ein Überbremsen der Vorderachse, eine
negative Drehzahldifferenz zwischen der Antriebswelle 10 und dem Antriebszapfen 12
auftritt, kehrt sich mit der nun rückwärts drehenden Ölpumpe die Fließrichtung des Öles
um. Dabei verhindert das dann öffnende Rückströmventil 42 einen Öldruckaufbau. Die
erfindungsgemäße Wellenkupplung geht in Freilauf, wodurch eine Überbremsung der
Hinterachse bei einer Überbremsung der Vorderachse ausgeschlossen ist.
Bei einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können anstelle einer
Tellerfeder 22 mehrere Tellerfedern 22 hintereinander angeordnet sein. Auf diese Weise
wird, ausgehend von einem mittels Vorspannung erzeugten Minimalmoment, bei
steigendem Öldruck durch die Kraftzunahme über den wirksamen Federweg der
Tellerfedern 22 ein feinfühliger Momentenanstieg erreicht.
Ein weiterer Momentenanstieg wird in dem Betriebszustand der Lamellenkupplung
erreicht, bei dem die mit der Tellerfeder 22 in Kontakt stehende Lamelle 14 axial am
Kupplungskörper 18 anliegt und die definierten Ölleckagen entlang der
Lamellenkupplung gegen "Null" gehen und damit eine weitere Drucksteigerung auftritt.
Das maximale Übertragungsmoment wird durch ein Überdruckventil 40, das zwischen
der Druckbohrung 30 und dem Saugraum 38 angeordnet ist, auf einfache Weise
begrenzt.
In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, in der als
einfache Drosselbohrung 36 dargestellten Leckageverbindung bei Bedarf auch ein
manuell einstellbares Nadelventil zur Grundjustierung anzuordnen. Von besonderem
Vorteil ist, wenn in die Drosselbohrung 36 ein in Abhängigkeit von der Temperatur des
Öles veränderbares Drosselelement integriert ist.
Eine weitere, bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass innerhalb der
Antriebswelle 10 ein als Ölreservoir dienender, allseitig geschlossener Hohlraum 44
ausgebildet ist.
10
Antriebswelle
12
Antriebszapfen
14
Lamelle
16
Lamellenkorb
18
Kupplungskörper
20
Deckel
22
Tellerfeder
24
Zahnrad
26
Zahnrad
28
Saugbohrung
30
Druckbohrung
32
Druckkammer
34
Entlastungsnut
36
Drosselbohrung
38
Saugraum
40
Überdruckventil
42
Rückströmventil
44
Hohlraum
46
äußere Lamelle
Claims (11)
1. Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug, mit einem als
Lamellenkupplung ausgebildeten Teil und einer Ölpumpe zur Erzeugung von
Drucköl innerhalb eines geschlossenen Kupplungskörpers, dadurch
gekennzeichnet, dass eine mit einem Antriebsmotor und mit einer Vorderachse
verbundene Antriebswelle (10) koaxial zu einem mit einer Hinterachse verbundenen
Antriebszapfen (12) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (10) und der
Antriebszapfen (12) über die Lamellenkupplung miteinander verbindbar sind, und sich
innerhalb des Kupplungskörpers (18) eine Zahnradölpumpe befindet, bei der ein
außenverzahntes Zahnrad (24) zentrisch und ein innenverzahntes Zahnrad (26)
exzentrisch zur Mittelachse des Antriebszapfens (12) angeordnet sind, wobei das
außenverzahnte Zahnrad (24) fest mit dem Antriebszapfen (12) verbunden ist und
bei einer Relativdrehbewegung zwischen beiden Zahnrädern (24, 26) Öl von einem
Saugraum (38) ansaugbar und über eine Druckbohrung (30) einer
Druckkammer (32) zuführbar und somit die Lamellenkupplung druckbeaufschlagbar
ist, und dass die Druckbohrung (30) mit dem Saugraum (38) über jeweils ein
Überdruckventil (40) und ein Rückströmventil (42) in Verbindung steht.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lamellenkupplung in wechselnder Anordnung Innenlamellen und Außenlamellen
aufweist, wobei die Innenlamellen über einen Kupplungskörper (18) mit der
Antriebswelle (10) und die Außenlamellen über einen Lamellenkorb (16) mit dem
Antriebszapfen (12) verbunden sind.
3. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Saugraum (38) über eine Saugbohrung (28) und die Druckkammer (32) über eine
Druckbohrung (30) mit den Zahnrädern (24, 26) in Verbindung stehen.
4. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
die Lamellen (14) umgebende Lamellenkorb (16) durch einen Deckel (20) öldicht
verschließbar ist.
5. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den
Lamellen (14) mindestens eine Tellerfeder (22) zugeordnet ist, die über den
Deckel (20) vorspannbar ist.
6. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckkammer (32) mit dem Saugraum (38) über eine im Deckel (20) eingearbeitete
Entlastungsnut (34) sowie über eine Drosselbohrung (36) in Verbindung steht.
7. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Drosselbohrung (36) ein manuell einstellbares Nadelventil angeordnet ist.
8. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Drosselbohrung (36) ein in Abhängigkeit von der Temperatur des Öles
veränderbares Drosselelement angeordnet ist.
9. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb der Antriebswelle (10) ein als Ölreservoir dienender, allseitig
geschlossener Hohlraum (44) ausgebildet ist.
10. Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der
Tellerfeder (22) in Kontakt stehende, äußere Lamelle (46) bei Beendigung des
Tellerfederhubes am Kupplungskörper (18) anliegt und damit die Ölleckage entlang
der Lamellen (14) verschlossen ist.
11. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Druckbohrung (30) Schmieröl dem im Kupplungskörper (18) drehbar
gelagerten Antriebszapfen (12) zuführbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000128861 DE10028861A1 (de) | 2000-06-10 | 2000-06-10 | Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2000128861 DE10028861A1 (de) | 2000-06-10 | 2000-06-10 | Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE10028861A1 true DE10028861A1 (de) | 2001-12-13 |
Family
ID=7645415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2000128861 Withdrawn DE10028861A1 (de) | 2000-06-10 | 2000-06-10 | Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug |
Country Status (1)
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