DE19608231A1 - Viscokupplung mit angepaßter Kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einer Viscokupplung mit einem in ei­ nem Außenteil drehfest angeordneten Satz Außenlamellen und ei­ nem auf einem Innenteil drehfest angeordneten Satz Innenlamel­ len, wobei Innen- und Außenlamellen abwechselnd aufeinanderfol­ gen, der Innenteil mit einer Eingangswelle oder Ausgangswelle und der Außenteil mit einer Ausgangswelle oder Eingangswelle drehfest verbunden und das Gehäuse mit einer viskösen Flüssig­ keit ganz oder teilweise gefüllt ist und bei der die relative Lage der Innen- und Außenlamellen vom übertragenen Drehmoment beeinflußbar ist.

Die Kennlinie (übertragenes Drehmoment über Differenzdrehzahl) einer gewöhnlichen, nicht von außen gesteuerten Viscokupplung steigt anfangs, bei kleiner Drehzahldifferenz, relativ stark an, bei mittlerer Drehzahldifferenz ist sie nahezu horizontal. Dieses Verhalten erklärt sich durch das Schubspannungsverhalten der viskösen Flüssigkeit. Dieses Verhalten entspricht zwar den Anforderungen bei Fahrt im Gelände, denen des Straßenverkehrs aber nicht so gut, weil es beim Einparken zu Verspannungen des Antriebsstranges führt und weil bei größerer Drehzahldifferenz zu wenig Drehmoment auf die zweite Antriebsachse übertragen wird. Um den Anforderungen des Straßenverkehrs ideal zu ent­ sprechen, sollte die Kennlinie zuerst langsam und erst im Be­ reich mittlerer bis größerer Drehzahldifferenzen stark an­ steigen.

Um die Kennlinie ohne steuernden Eingriff von außen drehmo­ mentabhängig zu ändern, ist es aus der AT-PS 383 877 bekannt, in Serie zu einem der beiden Lamellensätze eine aus zusammen­ pressbaren Gummikörpern bestehende drehelastische Kupplung anzuordnen, die bei Relativdrehung eine axiale Verschiebung einer Kuppelscheibe bewirkt. Das führt zu einer Verringerung des Volumens der mit visköser Flüssigkeit gefüllten Kammer und zu einem Zusammenschieben der inneren und äußeren Lamellen. Es wird also die Kennlinie durch Verändern des volumetrischen Füllungsgrades und zugleich auch der Lamellenabstände variiert.

Die Verdrehung in einem wegen der Gummikörper kleinen Winkel­ bereich führt aber zu einer doppelten Einwirkung auf die Kenn­ linie, was einen scharfen Übergang von einer Kennlinienform zur anderen bedeutet, was im Fahrbetrieb stört. Außerdem ist diese bekannte Viscokupplung technisch aufwendig. Sie erfordert zusätzliche Abdichtungen, die bei den als visköse Flüssigkeit verwendeten Silikonölen immer kritisch sind, und ein Paar Spur­ lager zur Aufnahme der axialen Kräfte.

Wie alle bekannten Viscokupplungen, bei denen ein Element seit­ lich verschoben wird, hat auch diese Bauweise den weiteren Nachteil, daß zusätzliche Abdichtungen und/oder Lager zur Auf­ nahme von Axialkräften vorzusehen sind. Abdichtungen sind bei den gebräuchlichen hochviskösen Flüssigkeiten immer problema­ tisch und Lager brauchen Platz und verschleißen. Drehelastische Kupplungen schließlich sind schwingungsanfällig und ihr Ver­ drehwinkel ist sehr begrenzt.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine Viscokupplung vorzuschla­ gen, die bei geringstem technischen Aufwand und ohne Eingriff von außen eine stetige und stabile Anpassung der Kennlinie an die Erfordernisse des Straßenverkehrs bietet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Lamellen der beiden Sätze jeweils in festen Abständen voneinander angeordnet sind und daß zur Beeinflussung der Kennlinie die Lamellen des einen der beiden Sätze gegenüber den Lamellen des anderen Satzes axial verschiebbar sind.

Die Lamellenabstände ändern sich also ohne Veränderung des vo­ lumetrischen Füllungsgrades. Das scheint zunächst nicht zum Ziel zu führen, weil eine Lamelle des ersten Satzes sich dabei ja von der einen benachbarten Lamelle des zweiten Satzes in dem Maße entfernt, in dem sie sich der auf der anderen Seite be­ nachbarten nähert. Da aber das zwischen zwei Lamellen übertra­ gene Moment durch Verringern des Abstandes progressiv ansteigt, also auf der einen Seite stärker, als es auf der anderen ab­ nimmt, resultiert daraus dennoch ein sanft progressiver Anstieg des übertragenen Drehmomentes. Bei Verschieben einer Lamelle aus ihrer mittigen Stellung ist der Gradient des Drehmomentan­ stieges daher zuerst, bei geringer Drehzahldifferenz, wie sie beim Einparken herrscht, sehr flach. Bei zunehmender Drehzahl­ differenz wird der Gradient immer steiler, um dann auf im Ver­ gleich zu Kupplungen nach dem Stand der Technik höherem Niveau wieder abzuflachen oder auch die Ausbildung eines Hump zuzulas­ sen. Dadurch wird die Drehmomentverteilung auf alle angetriebe­ nen Räder und somit die Traktion beim Beschleunigen merklich verbessert. Dieser Verlauf kommt auch einer stetigen Selbstein­ stellung der Viscokupplung sehr entgegen.

Durch den Korrektureingriff ohne Verringerung des Kammervolu­ mens sind außerdem keine zusätzlichen Abdichtungen oder Spur­ lager erforderlich, was einer einfachen Bauweise sehr zugute kommt.

Die Verschiebung zwischen den beiden Lamellensätzen in Abhän­ gigkeit vom übertragenen Drehmoment kann auf die verschiedenste Weise bewerkstelligt werden. In einer bevorzugten Ausführungs­ form erfolgt sie, indem eine der drehfesten Verbindungen als schraubenförmiges Keilprofil ausgebildet ist und daß zwischen einem verschiebbaren Element und einem nicht verschiebbaren Element mindestens eine axial wirkende Druckfeder vorgesehen ist (Anspruch 2).

Das hat zunächst den Vorteil, daß ein Keilprofil keinen eng be­ grenzten Verstellweg hat und trotzdem über den Steigungswinkel eine sanfte und reibungsarme Verschiebung erlaubt. Die Druckfe­ der stellt eine axiale Abstützung des verschiebbaren Lamellen­ paketes dar. Sie kann hinsichtlich Kraft und Weg in einem wei­ ten Bereich entsprechend ausgelegt werden, wodurch sie eben­ falls in dem gewünschten Sinn die Kennlinie der Viscokupplung beeinflußt. Deshalb ist das Keilprofil sowohl für die Antriebs­ verbindung zwischen Außenlamellen und Außenteil oder zwischen Innenlamellen und Innenteil, als auch zwischen erster und zwei­ ter Welle und Innen- oder Außenteil geeignet.

In einer ersten Ausführungsform ist das schraubenförmige Keil­ profil zur drehfesten Verbindung von zweiter Triebwelle und In­ nenteil vorgesehen und der Innenteil ist über mindestens eine Druckfeder direkt oder indirekt am Außenteil abgestützt (Anspruch 3). Die zweite Triebwelle kann entweder die Ausgangs­ welle oder die Eingangswelle sein. Diese Anordnung des schrau­ benförmigen Keilprofiles ist wegen des geringeren Durchmessers des Innenteiles fertigungstechnisch günstiger als die zwischen zweiter Triebwelle und Außenteil.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das schrauben­ förmige Keilwellenprofil zur drehfesten Verbindung des Innen­ teiles mit dem Satz Innenlamellen vorgesehen und der Satz In­ nenlamellen ist gegenüber dem Innenteil über axial wirkende Druckfedern abgestützt (Anspruch 4). Diese Ausführung ist be­ sonders einfach und billig, weil kein zusätzliches Keilprofil hergestellt werden muß. Es genügt, das für die Drehmomentüber­ tragung zwischen Lamellen und Innenteil jedenfalls erforderli­ che Keilprofil schraubenförmig auszubilden. Sie ist auch beson­ ders einfach zusammenzubauen, wenn der Innenteil mit Lamellen, Abstandsringen und den Druckfedern, und den dazwischengelegten Außenlamellen, vormontiert und eingestellt wird.

Dieselben Vorteile werden erreicht, wenn das schraubenförmige Keilprofil zwischen Außenlamellen und Außenteil vorgesehen ist (Anspruch 5).

Der Steigungswinkel des schraubenförmigen Keilprofiles in dem Bereich wird mit Vorteil zwischen 10 und 50 Winkelgraden ge­ wählt (Anspruch 6). In diesem Bereich sind Verstellwinkel und Reibung optimal aufeinander abstimmbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zum Begrenzen der Verschiebung des Lamellensatzes ein Anschlag vorgesehen sein (Anspruch 7). Ein solcher Anschlag, oder einer auf jeder Seite, wirkt als Minimalspaltbegrenzung. Dadurch wird eine Abflachung der Kennlinie bei hohen Differenzdrehzahlen bewirkt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch der wirksame Durchmesser, der zwischen Innenteil und Außenteil vorhandenen Dichtungen, verschieden gewählt sein (Anspruch 8). Dadurch bildet sich bei Ansteigen des Innendruckes durch die Erwärmung der Kupplungsflüssigkeit bei lange anhaltender Dreh­ zahldifferenz durch die verschieden großen Angriffsflächen eine Axialkraft aus, die eine weitere Verschiebung des einen Lamel­ lensatzes bewirkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläu­ tert und beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Viscokupplung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Viscokupplung in einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 3 eine Kennlinie der erfindungsgemäßen Viscokupplung.

Die Viscokupplung in Fig. 1 besteht aus einem Außenteil 1 und einem Innenteil 2. Eine erste Triebwelle 3 ist mit dem Außen­ teil 1 drehfest verbunden, eine zweite Triebwelle 4 mit dem In­ nenteil 2. Für diese drehfesten Verbindungen sind etwa Keilver­ zahnungen 15, 16 vorgesehen. Der Raum 5 zwischen dem Außenteil 1 und dem Innenteil 2 ist mit einer viskösen Flüssigkeit ganz oder teilweise gefüllt, die Querkräfte zwischen Lamellen 6, 8 zu übertragen geeignet ist. Eine Reihe von Außenlamellen 6 bilden einen Satz, dazwischen angeordnete äußere Distanzringe 7 halten die Außenlamellen 6 in im wesentlichen konstantem Abstand. Eine Reihe von Innenlamellen 8 sind ebenfalls in gleichen Abständen angeordnet und werden von inneren Distanzringen 9 in gleichen Abständen gehalten. Die Außenlamellen 6 sind über eine äußere Keilverzahnung 10, die Innenlamellen 8 über eine innere Keil­ verzahnung 11 drehfest mit dem Außenteil 1 bzw. dem Innenteil 2 verbunden. Zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 ist auf jeder Seite ein Dichtring 12, 13 angeordnet. Mit 14 ist ein Wälzlager angedeutet, mit dem der Innenteil 2 im Außenteil 1 drehbar ge­ lagert ist.

In der oberen Bildhälfte der Fig. 1 ist die innere Keilverzah­ nung 11 schraubenförmig ausgebildet. Das heißt, sie bildet ein Gewinde, dessen Profil das Profil der Keilverzahnung ist. Da­ durch verschieben sich bei Übertragung eines Drehmomentes auf die Innenlamellen diese wegen der inneren Distanzringe 9 ge­ meinsam in achsialer Richtung. Dabei müssen sie die achsialen Kräfte der beiderseits angeordneten Druckfedern 20 überwinden. Diese Druckfedern sind an Sicherungsringen 21 abgestützt. Zusätzlich können noch Anschläge 22 vorgesehen sein.

In der unteren Bildhälfte der Fig. 1 ist die äußere Keilverzah­ nung 10 als Gewinde, also als schraubenförmiges Keilprofil aus­ gebildet. Hier sind die Druckfedern 20′ zwischen dem verschieb­ baren, aus Außenlamellen 6′ und Distanzringe 7′ bestehenden Stapel, und dem Außenteil angeordnet. Die innere Keilverzahnung 11′ ist nicht verschraubt, verläuft also genau achsial und die Innenlamellen 8′ sind durch Sicherungsringe 21′ gegen seitli­ ches Verschieben gesichert.

Die Wirkungsweise der schraubenförmigen Keilprofile 11 bzw. 10′ besteht darin, daß sie bei Übertragen eines Drehmomentes eine achsiale Verschiebung des jeweiligen Lamellensatzes 8 bzw. 6′ gegen die Kraft der Druckfedern 20, 20′ herbeiführt. Wird kein Moment übertragen, so nehmen die Lamellensätze zueinander die gezeigte Mittelstellung ein. Bei Ansteigen des Drehmomentes (durch Steigerung der Drehzahldifferenz zwischen den beiden La­ mellensätzen) verschiebt sich der gesamte Lamellensatz in die der Drehmomentrichtung und der Steigungsrichtung der schrauben­ förmigen Keilprofile 10′ bzw. 11 entsprechende Richtung. Dabei verringert sich der Abstand 24 zwischen einer Außenlamelle 6 und der auf der einen Seite benachbarten Innenlamelle 8, wo hingegen sich der Abstand 23 gegenüber der auf der anderen Seite benachbarten Innenlamelle 8, vergrößert.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, daß nicht die äußere und innere Keilverzahnung 10,11 ein verschraubtes Profil aufweisen, sondern daß dieses in der Verbindung zwischen zweiter Triebwelle und Innenteil 2 vor­ gesehen ist, wobei der gesamte Innenteil 2 achsial verschoben wird. Dazu ist die zweite Triebwelle 4 zur drehfesten Verbin­ dung mit dem Innenteil 2 mit einer schraubenförmigen Keilver­ zahnung 30 ausgestattet, die mit einer entsprechenden Keilver­ zahnung 31 im Innenteil 2 zusammenwirkt und bei Übertragung eines Momentes den letzteren achsial verschiebt. Weiters weist die zweite Treibwelle 4 an ihrem Ende noch eine Zentrierung 32 auf. Um der durch diese schraubenförmige Keilverzahnung verur­ sachten achsialen Verschiebung des Innenteiles 2 entgegenzuwir­ ken, sind zwischen diesem und dem Außenteil 1 wieder Druckfe­ dern 33 vorgesehen, die z. B. wieder je aus zwei Tellerfedern zusammengesetzt sind. Auch ein Reibring 34 kann vorgesehen sein. In Fig. 2 ist weiter zu erkennen, daß der wirksame Durch­ messer der Dichtung 12 kleiner als der der Dichtung 13 ist. Diese Differenz der Dichtungsdurchmesser führt bei ansteigendem Druck zu einer, in diesem Fall, nach rechts wirkenden Achsial­ kraft, die der von dem schraubenförmigen Keilprofil ausgeübten Achsialkraft entgegenwirken, oder auch in gleichem Sinn wirken kann.

Fig. 3 zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen an Hand der Kennlinien. In dem Diagramm ist auf der Abszisse die Dreh­ zahldifferenz ohne Skalierung aufgetragen, auf der Ordinate das übertragene Drehmoment, ebenfalls ohne Skalierung. Mit 40 ist die Kennlinie einer Viscokupplung ohne die erfindungsgemäße Selbstverstellung bezeichnet, mit 41 der Punkt, der der Dreh­ zahldifferenz bei vollem Lenkausschlag entspricht, und mit 42 das bei sehr hoher Drehzahldifferenz übertragene Moment. Der Zweig 43 zeigt strichliert den Drehmomentverlauf, wenn es zur Ausbildung eines Hump kommt. Die Kurve 45 ist die Kennlinie ei­ ner Viscokupplung gemäß der Erfindung. Es ist zu erkennen, daß im Bereich des kleinsten Wendekreises 46 das übertragene Dreh­ moment deutlich kleiner als bei einer Viscokupplung nach dem Stand der Technik ist. Bei größeren Drehzahldifferenzen steigt die Kennlinie steiler an und erreicht schließlich bei 47 ein wesentlich höheres übertragbares Moment als eine Kupplung nach dem Stand der Technik (Punkt 42). Die genaue Lage dieser Kenn­ linie ist Abstimmungssache. Im Bereich höchster übertragener Drehmomente gibt es verschiedene Möglichkeiten. Durch geeignete Plazierung der Anschläge 22 wird erreicht, daß die Kennlinie dem flachen Zweig 48 folgt. Zum Vergleich sind ferner noch die Kennlinien 50, 51 zweier Viscokupplungen ohne die erfindungsge­ mäße Selbstverstellung eingezeichnet. Durch Auslegung kann die eine oder andere erzielt werden. Bei der gemäß Kurve 50 wäre aber das bei vollem Lenkausschlag übertragene Moment noch hö­ her, bei der gemäß Kurve 51 das bei großer Drehzahldifferenz viel zu niedrig.

Durch die Erfindung läßt sich die Kennlinie genau den Erforder­ nissen des jeweiligen Fahrzeugtyps anpassen, so daß in engen Kurven keine Verspannung der Lenkung auftritt und bei schneller Straßenfahrt eine gute Drehmomentverteilung erreicht wird. Dabei kann von den beschriebenen Ausführungsbeispielen auf vielerlei Weise abgewichen werden, insbesondere können Merkmale eines Ausführungsbeispieles auch mit denen der anderen kombi­ niert werden.

Claims (9)

1. Viscokupplung mit einem in einem Außenteil (1) drehfest an­ geordneten Satz Außenlamellen (6) und einem auf einem Innenteil (2) drehfest angeordneten Satz Innenlamellen (8), wobei Innen- und Außenlamellen abwechselnd aufeinanderfolgen, der Außenteil (1) mit einer ersten Triebwelle (3) und der Innenteil (2) mit einer zweiten Triebwelle (4) drehfest verbunden und der Raum zwischen Innenteil (2) und Außenteil (1) mit einer viskösen Flüssigkeit ganz oder teilweise gefüllt ist, und deren Kennli­ nie vom übertragenen Drehmoment beeinflußbar ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lamellen (6, 8) der beiden Sätze jeweils in im Wesentlichen festen Abständen voneinander angeordnet sind und daß zur Beeinflussung der Kennlinie die Lamellen (6; 8) des einen der beiden Sätze gegenüber den Lamellen (8; 6) des anderen Satzes axial verschiebbar sind.

2. Viscokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung zwischen den beiden Lamellensätzen (6, 8; 8′, 6′) in Abhängigkeit vom übertragenen Drehmoment erfolgt, indem eine der drehfesten Verbindungen (11; 10′; 30) als schrauben­ förmiges Keilprofil ausgebildet ist und daß zwischen einem ver­ schiebbaren Element (8, 9; 6′, 7′; 2) und einem nicht verschieb­ baren Element (2; 1; 1) mindestens eine axial wirkende Druckfe­ der (20; 20′; 33) vorgesehen ist.

3. Viscokupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmige Keilprofil (30) zur drehfesten Verbindung von zweiter Triebwelle (4) und Innenteil (2) vorgesehen ist und daß der Innenteil (2) über mindestens eine Druckfeder (33) di­ rekt oder indirekt am Außenteil (1) abgestützt ist. (Fig. 2)

4. Viscokupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmiges Keilprofil zur drehfesten Verbindung des Innenteiles (2) mit dem Satz Innenlamellen (8) vorgesehen ist, und daß der Satz Innenlamellen (8) gegenüber dem Innenteil (2) über axial wirkende Druckfedern (20) abgestützt ist. (Fig. 1, oben)

5. Viscokupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schraubenförmige Keilprofil zur drehfesten Verbindung des Außenteiles (1) mit dem Satz Außenlamellen (6′) vorgesehen ist und daß der Satz Außenlamellen (6′) gegenüber dem Außenteil (1) über axial wirkende Druckfedern (20′) abgestützt ist. (Fig. 1, unten)

6. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steigungswinkel des schraubenförmigen Keilprofiles (11; 10′; 15; 16) in dem Bereich zwischen 10 und 50 Winkelgraden liegt.

7. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Begrenzung der Verschiebung des ver­ schiebbaren Lamellensatzes (6) ein Anschlag (22) vorgesehen ist.

8. Viscokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser der Dichtungen (12, 13) zwischen Innenteil (2) und Außenteil (1) verschieden ist.

9. Viscokupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Druckfedern (20; 20′; 33) Teller­ federn sind.