DE10028861A1

DE10028861A1 - Wellenkupplung, insbesondere für ein allradgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE10028861A1
Application number: DE2000128861
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-06-10
Filing date: 2000-06-10
Publication date: 2001-12-13

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.

BEZUGSZEICHENLISTE

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

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.