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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung
zum Verbinden des Turbinenrades eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder einer
hydraulischen Kupplung mit dem Abtrieb, welche innerhalb eines mit dem Pumpenrad
des bzw. der letzteren verbundenen, mit einem Arbeitsmedium gefüllten Gehäuses angeordnet
ist, wobei die Reibungskupplung aus einer mit dem Turbinenrad gegebenenfalls fest
verbundenen Scheibe mit zylinderförmigem Rand, einer zweiten in letzterem axial
verschiebbaren, als Kolben wirksamen Scheibe und einer zwischen den beiden Scheiben
eingeschlossenen, mit der Abtriebswelle verbundenen Reibscheibe besteht sowie mit
einer den Durchfluß des Arbeitsmediums beeinflussenden Steuereinrichtung.
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Es ist bereits eine derartige Reibungskupplung vorgeschlagen worden,
die so wirkt, daß durch Druckbeaufschlagung des Kolbens von der einen oder der anderen
Seite das Ein- und Ausrücken der Kupplung erfolgt, wobei die Beaufschlagung des
Kolbens im Einrücksinne durch Unterdrucksetzen des die Reibungskupplung umgebenden
bzw. einseitig von letzterer angeordneten Raumes geschieht, bei dem die Arbeitskammer
des hydrodynamischen Wandlers nachgeschaltet ist und durch Abführung des Arbeitsmediums
aus der Arbeitskammer des hydrodynamischen Wandlers ein ständiger Flüssigkeitsumlauf
aufrechterhalten und die Beaufschlagung des Kolbens im Ausrücksinn durch alleinige
und unmittelbare Druckmittelzufuhr zu dem durch die beiden Scheiben eingeschlossenen
Raum bewirkt wird, welcher aus einem kupplungsachsnahen und einem kupplungsachsfernen
Teilraum gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steigerung der Anpreßkraft
der Reibungskupplung beim Einrücken zu erreichen; wenn das Fahrzeug still steht,
wobei jedoch jedes langsame Einrücken vermieden werden soll, wenn das Fahrzeug ausreichend
schnell fährt.
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Die Aufgabe wird bei einer Reibungskupplung des obenerwähnten Typs
dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Steuereinrichtung aus in oder an der Reibscheibe
angeordneten, der Fliehkraft ausgesetzten und den Durchfluß des Arbeitsmediums zwischen
den Teilräumen steuernden Organen besteht: Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das Organ aus einem in der Reibscheibe angeordneten, radial
bewegbaren, mit einer Feder belasteten Plättchen. Das Organ kann bei einer anderen
Ausführungsform auch aus einer in einem Gehäuse frei bewegbaren Kugel bestehen,
welche beim Ein- oder Ausrücken der Kupplung mindestens eine der Ein- oder Ausrückbewegung
jeweils zugeordnete Öffnung schließt oder freigibt. Die eben erwähnte Kugel ist
zweckmäßigerweise in einem Käfig angeordnet, der an seinem der Achse der Reibscheibe
zugekehrten Ende eine einen Sitz bildende Öffnung aufweist und an seinem dem zugekehrten
Ende eine ständige Verbindung mit dem Raum außerhalb der Scheibe hat. Der Innendurchmesser
des Käfigs kann beispielsweise 6 mm betragen, der Durchmesser der Kugel, die z.
B. aus Stahl hergestellt ist, kann 2 bis 5 mm, vorzugsweise 2,5 mm sein.
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Eine weitere Abwandlung der Erfindung besteht darin, daß in der Reibscheibe
zusätzlich ein, wie an sich bekannt, von der Drehzahl abhängiges Schließorgan angeordnet
ist. Es--igf' -lei° einem :andexeii.FTyp einer Reibungskupplung bereits ein drehzahigesteuertes
Schließorgan bekannt, dieses ist jedoch nicht von der Fliehkraft abhängig. Das erfindungsgemäß
zusätzlich vorgesehene Schließorgan unterstützt jedoch nur das fliehkraftgesteuerte
Schließorgan.
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Das obenerwähnte erfindungsgemäß vorgesehene Schließorgan kann aus
zwei in Überdeckung bringbaren Öffnungen bestehen, die in der Reibbelagscheibe und
einer benachbart zu dieser angeordneten Scheibe vorgesehen sind; durch diese Ausführungsform
wird es möglich, daß das Schließorgan zwischen der Reibbelagscheibe und der dazu
benachbarten Scheibe so gesteuert werden kann, daß es offen ist, wenn die Scheibe
das Bestreben zeigt, sich schneller zu drehen als die Reibbelagscheibe und geschlossen
ist, wenn letztere das Bestreben zeigt, sich schneller als die Scheibe zu drehen.
Eine dieser beiden Scheiben kann ohne und die andere Scheibe mit geringer kreisförmiger
Verstellmöglichkeit auf ihrem mittigen Befestigungsorgan, z. B. durch Verzahnung
auf einer Nabe, befestigt sein.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung mit einem daran angeschlossenen
hydrodynamischen Drehmomentwandler, F i g. 2 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht
auf eine Reibscheibe mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung,
F i g. 3 eine Schnittansicht gemäß Linie IH-III in F i g. 2, F i g. 4 eine Ansicht
in einem noch weiter vergrößerten Maßstab eines Teils der Scheibe mit zwei Elementen,
die ein Winkelspiel mit Bezug aufeinander haben und eine Stellung einnehmen, in
welcher zwei kleine Öffnungen in Überdeckung gebracht sind, um einen Arbeitsmitteldurchtritt
zu ermöglichen, F i g. 5 eine entsprechende Ansicht im Schnitt nach der gebrochenen
Linie V-V in F i g. 4, F i g. 6 eine der F i g. 4 ähnliche Ansicht, bei welcher
jedoch die beiden Elemente, welche ein winkeliges Spiel miteinander haben, eine
Stellung einnehmen, in welcher zwei kleine Öffnungen zueinander versetzt sind, um
den Arbeitsmitteldurchtritt zu verhindern, F i g. 7 eine der F i g. 3 ähnliche Ansicht,
welche jedoch eine Reibscheibe mit einer anderen Ausführungsform des fliehkraftgesteuerten
Verschlußorgans zeigt, F i g. 8 die Ausführungsform nach F i g. 5 in vergrößertem
Maßstab, F i g. 9 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie IX-IX in F i g. 8, F i
g,10 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie X-X in F i g. 9.
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Es wird zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, die eine beispielsweise
Anwendung der Erfindung auf ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer
hydraulisch betätigten Reibungskupplung mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler
oder einer hydraulischen Kupplung (ein Drehmomentwandler 1® beim dargestellten Ausführungsbeispiel)
betrifft, deren Turbinenrad 11, das von einem Pumpenrad 12 hydraulisch angetrieben
wird, mit einem Druckplattenpaar 13, 14 und einer Schaltkupplung 15 drehfest verbunden
ist; die Platten sind mit Bezug aufeinander nach Art eines Zylinders und eines Kolbens
angeordnet und befinden sich in einem Bad eines
Arbeitsmittels,
beispielsweise Öl; sie dienen dazu, eine Reibscheibe 16 einzuspannen, welche mittels
einer Nabe 17 mit der Antriebswelle 18 des Getriebes drehfest verbunden ist.
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Die Reibscheibe 16 ist auf beiden Seiten mit ringförmigen Reibbelägen
45, 47 versehen, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Druckplatten
13,14. Eine Kammer 19, die sich außerhalb der Druckplatten 13, 14 befindet, ist
mit einer Flüssigkeit gefüllt "und wird teilweise durch die axial bewegliche Platte
14 begrenzt. Zwischen den Platten 13 und 14 erstreckt sich eine mit Flüssigkeit
gefüllte Innenkammer, weiche zwei Bereiche 20 und 21 aufweist. Der Bereich oder
Teilraum 20, welcher als Mittelbereich oder mittlerer Teilraum bezeichnet wird,
ist von den Belägen 45, 47 umgeben; während der Bereich bzw. der Teilraum 21, welcher
als Umfangsbereich bezeichnet wird, die Reibbeläge 45, 47 umgibt.
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Die Reibscheibe 16 ist in axialer Richtung im Bereich der Beläge 45,
47 elastisch zusammendrückbar, so daß die Beläge 45, 47 eine Sperre zwischen den
beiden Teilräumen 20 und 21 der Innenkammer während des Einrückhubes bilden, bei
welchem sich die axial bewegliche Druckplatte 14 der Gegendruckplatte 13 zwischen
einer Stellung einer ersten Belagberührung und einer Belageinspannstellung annähert.
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Die Schaltkupplung 15 wird sowohl beim Einrücken als auch beim Ausrücken
durch einen Ölkreislauf betätigt, der eine Pumpe 22, einen Verteiler 23 und einen
Behälter 24 enthält. In einer Stellung des Verteilers 23 gelangt von der Pumpe 22
gefördertes Drucköl in den Raum 19, durchströmt dann den Wandler 10 und gelangt
über eine enge Öffnung 25 mit hohem Druckverlust in den Bereich bzw. Teil- ; raum
20, in welchem das Öl nicht mehr unter Druck steht, und kehrt zum Behälter 24 zurück.
Da der Druck im Raum 19 höher ist als in den Teilräumen 20, 21, ist die Schaltkupplung
15 eingerückt.
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In einer anderen Stellung des Verteilers 23 gelangt von der Pumpe
22 gefördertes Drucköl in den Teilraum 20 und kann aus letzterem in den Teilraum
21 nur über mehrere Verschlußorgane, z. B. 26 und 28 (F i g. 2 und 3), gelangen,
die in der Reibscheibe 16 angeordnet sind. Das im Raum bzw. der Kammer 19 befindliche
Öl wird dann zum Behälter 24 abgeleitet. Da der Druck im Teilraum 20 bzw. 21 höher
als im Raum 19 ist, wird die Schaltkupplung 15 ausgerückt.
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Das Schließorgan oder Verschlußorgan 26 ist ein ; Klappenventil und
läßt eine große Ölmenge aus dem Teilraum 20 in den Teilraum 21 fließen, damit ein
rasches Ausrücken der Kupplung stattfinden kann, während das Ventil 26 nur
eine geringe Ölmenge durchläßt, wenn die Flüssigkeit aus dem Teilraum 21 in den
Teilraum 20 strömt, um das Einrücken progressiv zu gestalten.
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Das Klappenventil 26 kann beispielsweise eine Federlamelle
29 sein, die an der Scheibe 16 mit einem Niet 30 befestigt ist und die sich gegen
die Scheibe anlegen oder sich von dieser lösen kann, je nachdem, ob eingerückt oder
ausgerückt wird. Die Lamelle 29 ist mit einer kleinen Öffnung 31 versehen, die beim
Einrücken wirksam ist, während sich die Lamelle 29 beim Ausrücken im Abstand von
der Scheibe befindet und eine große in der Scheibe 16 vorgesehene Öffnung 32 freigibt.
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Das Schließorgan oder Verschlußorgan 27 wird in Richtung der Drehmomentübertragung
zwischen der Scheibe 16 und der Nabe 17 so gesteuert, daß es offen ist, wenn die
Scheibe 16 das Bestreben zeigt, sich schneller als die Nabe 17 zu drehen, und geschlossen
ist, wenn die Nabe 17 das Bestreben zeigt, sich schneller als die Scheibe 16 zu
drehen. Das Verschlußorgan 27 kann daher die Einrückvorgänge beim Heraufschalten
weniger progressiv gestalten, als beim Herunterschalten; dies erfolgt, um jeden
besonders langsamen Schaltvorgang beim direkten Antrieb zu vermeiden sowie um jedes
Gleiten der Fahrzeugräder bei umgekehrter Antriebsübertragung oder bei Motorbremsung
zu vermeiden.
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Das Verschlußorgan 28 ist mit dem Verschlußorgan 27 in Reihe geschaltet
und steht unter Fliehkraftwirkung mit einer elastischen Steuerung in der Weise,
daß es offen ist, wenn sich die Scheibe 16 mit einer höheren Drehzahl als ein vorbestimmter
Wert dreht, und geschlossen ist, wenn sich die Scheibe 16 im Stillstand befindet
oder sich mit einer Drehzahl dreht, die niedriger als der vorbestimmte Wert ist.
Dieser vorbestimmte Wert der Drehzahl wird niedrig gewählt und kann beispielsweise
etwa 300 Umdrehungen je Minute betragen.
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Das Schließorgan oder Verschlußorgan 28 ermöglicht daher eine
normale Arbeitsweise des Verschlußorgans 27, wenn das Fahrzeug rollt, erhöht jedoch
die Progressivität des Einrückvorgangs, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand oder
nahezu im Stillstand befindet.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Verschlußorgan 27 durch
zwei kleine Öffnungen 33 und 34 gebildet,von denen die erste in der Scheibe 16 vorgesehen
ist und die zweite in einer weiteren Scheibe 35, die neben der Scheibe 16 angeordnet
ist; diese Scheiben können entweder in überdeckung miteinander gebracht werden -
was der Offenstellung entspricht - oder zueinander versetzt werden (F i g. 6), was
der Verschlußstellung entspricht.
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Die Scheibe 35 ist auf der Scheibe 16 mittels einer Reihe von Nieten
36 (F i g. 3) angebracht, deren jeweiliger Schaft 37 in einer runden Öffnung 38
der Scheibe 16 und einer ovalen Öffnung 39 der Scheibe 35 geführt ist, um ein bestimmtes
Winkelspiel zwischen den beiden Scheiben zu ermöglichen. Jeder Niet 36 kann mit
einer federnden Unterlegscheibe 40 versehen sein, durch welche die beiden Scheiben
16 und 35 in gegenseitiger Anlage gehalten werden.
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Die Scheibe 16 weist Zähne 41 auf, welche mit einem Spiel ,J mit Zähnen
43 der Nabe 17 im Eingriff stehen, während die Scheibe 35 Zähne 42 hat, die ohne
Spiel mit den Zähnen 43 der Nabe 17 im Eingriff stehen. Das Spiel J ist in seinem
Winkelwert geringer als das Spiel, welches die Niete 36 zwischen den Scheiben 16
und 35 zulassen, damit letztere die Vorschiebung nicht stören.
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Die Scheibe 16 ist mit einem Zwischenbelag 44 versehen, welcher einen
Reibbelag 45 trägt, während die Scheibe 35 mit einem Zwischenbelag 46 versehen ist,
der seinerseits einen Reibbelag 47 trägt.
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Im Zwischenbelag 44 der Scheibe 16 ist ein Kanal 48 zur Verbindung
des Teilraumes 21 mit der öffnung 33 angeordnet, während im Zwischenbelag 46 der
'Gegenscheibe 35 ein Kanal 49 vorgesehen ist, der zur Verbindung des Teilraumes
20 mit der Öffnung 34 dient.
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Das Verschlußorgan 28 besteht aus einem Plättchen 50, welches im Kanal
43 angeordnet ist und mit
der Öffnung 33 zusammenwirkt. Dem Plättchen
50 ist eine Blattfeder 51 zugeordnet, durch welche es vor der Öffnung 33 gehalten
wird. Das Plättchen 50, das auf die Fliehkraft anspricht, wird entgegen der Wirkung
der Feder 51 unter Freigabe der Öffnung 33 angehoben, wenn sich die Scheibe 16 ausreichend
rasch dreht. Das Verschlußorgan 28 hat beispielsweise eine Breite von etwa 10 bis
15 mm. Seine Länge hängt von den Abmessungen der Scheibe 16 und der Lage der Öffnung
33 ab.
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Wenn die Scheibe 16 das Bestreben hat, sich. schneller als die Nabe
17 zu drehen, wird das Spiel J in dem in F i g. 4 angegebenen Sinn aufgehoben. Die
beiden Öffnungen 33 und 34 fallen zusammen, so daß das Verschlußorgan 27 offen ist.
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Wenn die Scheibe 16 eine höhere Drehzahl als der vorbestimmte Wert
hat, gibt das Plättchen 50 die Öffnung 33 frei. Die beiden hintereinandergeschalteten
Verseblußorgane 27 und 28 sind nunmehr offen.
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Beim Einrücken der Kupplung findet ein ölabfluß aus dem Teilraum 21
zum Teilraum 20 über den Kanal 48, die beiden Öffnungen 33 und 34 und über den Kanal
49 statt, wodurch jedes langsame Einrücken vermieden wird.
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Wenn die Scheibe 16 angehalten wird oder sich mit einer Drehzahl dreht,
die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, hält die Feder 51 das Plättchen
50 vor der Öffnung 33, wodurch das Verschlußorgan 28 vor dem offenen Verschlußorgan
27 geschlossen wird. Der Druck im Teilraum 21 hat das Bestreben, das Plättchen 50
gegen die Öffnung 33 dichtend anzupressen. Auf diese Weise werden zu ruckartige
Hinrückvorgänge beim Stillstand vermieden, was den Fahrkomfort beeinträchtigen würde.
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Wenn die Scheibe 16 das Bestreben hat, sich schneller als die Nabe
17 zu drehen, wird das Spiel J in der anderen Richtung, d. h. in dem in F i g. 6
dargestellten Sinn, aufgehoben. Die beiden Öffnungen 33 und 34 sind mit Bezug aufeinander
versetzt, und das Verschlußorgan 27 ist geschlossen. Es kann daher kein ölabfluß
aus dem Teilraum 21 zum Teilraum 20 über die Öffnungen 33 und 34 stattfinden, wodurch
die Progressivität der Einrückvorgänge beim Herunterschalten des Getriebes begünstigt
wird.
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In F i g. 7 bis 10 ist eine andere Ausführungsform des in F i g. 2
und 3 dargestellten fliehkraftgesteuerten Verschlußorgans 28 dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform des Verschlußorgans, das allgemein mit 28' bezeichnet ist, ist an
Stelle eines Plättchens 50 eine Kugel 60 vorgesehen, die sich in einem Käfig 61
befindet, welcher an seinem zur Achse der Scheibe gerichteten Ende eine einen Sitz
bildende Öffnung 62 aufweist, die mit dem Kanal 48 in Verbindung steht, während
an dem zum Umfang der Scheibe gerichteten Ende des Käfigs zwei Öffnungen 63 vorgesehen
sind, . welche beide eine ständige Verbindung zum Arbeitsraum außerhalb der Scheibe
gewährleisten.
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Der Käfig 61 besteht aus einem Gehäuse 64, welches zwischen dem Kupplungsbelag
45, dem Zwischenbelag 44 und der Scheibe 16 angeordnet ist. Der Käfig kann
in seiner Stellung durch beliebige Mittel, beispielsweise durch eine Klebverbindung
65, gehalten werden.
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In gleicher Weise wie das Verschlußorgan 28 befindet sich das
Verschlußorgan 28' in Reihenschaltung mit dem Verschlußorgan 27 und ist geschlossen
oder geöffnet, je nachdem, ob die Drehzahl der Scheibe 16 geringer oder höher als
eine vorbestimmte Drehzahl ist; diese kann beispielsweise etwa 300 U/min betragen.
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Wenn die ausgerückte Kupplung wieder eingerückt wird, hat das Öl das
Bestreben, die Teilräume 21 und 20 zur Rückführung zum Ölbehälter 24 zu verlassen.
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Wenn das Druckplattenpaar 13 und 14 die Scheibe 16 berührt und das
Öl des Teilraumes 21 nur durch die Verschlußorgane der Scheibe hindurchtreten kann,
kann der Druck im Teilraum 21 höher als der im Teilraum 20 sein.
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Wenn sich die Scheibe 16 mit einer höheren Drehzahl dreht, als der
vorbestimmte Wert, hat die Fliehkraft auf die Kugel 60 eine solche Wirkung,
daß dadurch alle anderen Kräfte überwunden werden. Die Kugel 60 gibt daher den Sitz
62 frei, wodurch sie in die Nähe der Öffnungen 63 gebracht wird, von denen mindestens
eine zwangläufig offen bleibt. Das Verschlußorgan 23' befindet sich daher in seiner
Offenstellung.
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Wenn die Scheibe 16 das Bestreben hat, sich schneller als die Nabe
17 zu drehen, öffnet sich das Verscblußorgan 27 ebenfalls, so daß beim Einrücken
ein ölabfluß aus dem Teilraum 21 zum Teilraum 20 über die Kanäle 48 und 49 stattfinden
kann, wodurch jeder langsame Ablauf während des Einrückvorgangs vermieden wird.
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Wenn sich die Scheibe 16 mit einer geringeren Drehzahl als z. B. 300
U/min dreht oder sich im Stillstand befindet, kann sich die Kugel 60 entweder
auf dem Sitz 62 oder im Abstand von diesem befinden.
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Wenn sich die Kugel 60 auf ihrem Sitz befindet, wird sie auf
diesem durch den Druck im Teilraum 21 gehalten. Wenn sich die Kugel 60 nicht auf
dem Sitz befindet, läßt ihre Anwesenheit im Käfig 61 nur einen durch das Verschlußorgan
27 von verringertem Querschnitt ermöglichten Abfluß zu, wodurch ein Druckverlust
erzeugt wird, so daß die Kugel, da sie oberstromseitig von einem höheren Druck als
unterstromseitig belastet ist, auf ihren Sitz 62 gedrückt wird, was das Schließen
des Verschlußorgans 28' zur Folge hat.
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Auf diese Weise werden zu ruckartige Einrückvorgänge im Stillstand
vermieden, welche für den Fahrkomfort nachteilig sind.
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Das spezifische Gewicht der Kugel 60 sowie ihr Durchmesser
und der Innendurchmesser des Käfigs 61 müssen so bemessen sein, daß das überwiegen
der Fliehkraft oder der Gegenkraft infolge des Druckverlustes unterhalb bzw. oberhalb
des vorbestimmten Drehzahlwertes von beispielsweise 300 U/min wirklich erreicht
wird.
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Gute Ergebnisse wurden z. B. mit einer Kugel 60 aus Stahl mit einem
Durchmesser von 2,5 mm und einem Käfig 61 mit einem Innendurchmesser von 6 mm erzielt.
Ferner konnten brauchbare Ergebnisse bei sonst gleichen Bedingungen erzielt werden,
wenn der Durchmesser der Kugel 60 zwischen 2 und 5 mm betrug. Beispielsweise
kann dann der Durchmesser des Sitzes 62 etwa 1,5 mm betragen und der Durchmesser
jeder Öffnung 63 etwa 2 mm.
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Abwandlungen des Gegenstandes der Erfindung sind z. B. dergestalt
möglich, daß z. B. das Plättchen 50 selbst eine Öffnung aufweist, deren Querschnitt
kleiner als derjenige der Öffnung 33 ist und die in Schließstellung mit der Öffnung
des Schließorgans 28 in übereinstimmung kommt.