DE3827946A1

DE3827946A1 - Fluidbetaetigte mehrscheiben-reibungskupplung

Info

Publication number: DE3827946A1
Application number: DE3827946A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kanazawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-08-29
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1989-03-16
Also published as: US4834229A; JP2673279B2; GB2209195B; GB8819627D0; GB2209195A; DE3827946C2; JPS6458818A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für ein Kraftübertragungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Kupplung in Form einer fluidbetätigten Mehrscheiben-Reibungskupplung oder Lamellenkupplung. Diese Art von Kupplung wird beispielsweise in einer Übertragungseinrichtung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb verwendet, um die Drehmomentkapazität in Abhängigkeit von den Fahrzuständen des Fahrzeugs zu steuern.

Wie in Fig. 4 dargestellt, weist eine herkömmliche fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung oder Lamellenkupplung 100 eine Antriebstrommel 101 mit einer Nabe 104′, die auf einer Antriebswelle 104 befestigt ist, sowie eine an einem Zahnrad 114 befestigte angetriebene Trommel 113 auf. Eine Ölkammer 103 ist zwischen der Antriebstrommel 101 und einem Kolben 102 ausgebildet. Wenn Öl der Ölkammer 103 über Passagen 105 und 105′ zugeführt wird, die in der Antriebswelle 104 und der Nabe 104′ ausgebildet sind, so wird der Kolben 102 durch den Öldruck beaufschlagt und schiebt Scheiben oder Lamellen 107, die an dem Kolben 102 befestigt sind, gegen Scheiben oder Lamellen 108, die an der Nabe 113 befestigt sind, und zwar gegen die elastische Kraft einer Feder 106. Somit kommen die Scheiben 107 und 108 miteinander in Eingriff und übertragen das Drehmoment der Antriebswelle 104 auf das Zahnrad 114. Wenn das Öl aus der Ölkammer 103 abgelassen wird, kehrt der Kolben 102 in die Position gemäß Fig. 4 zurück, und zwar durch die Wirkung der Feder 106, so daß die Lamellen oder Scheiben 107 und 108 außer Eingriff kommen.

Bei Betrieb der Kupplung bei hohen Drehzahlen, wird die Zentrifugalkraft im Öl in der Ölkammer 103 auf den Kolben 102 ausgeübt. Um den Einfluß der Kraft zu vermeiden, ist eine Ablaßpassage 109 mit einer Ventilkugel 110 in dem Kolben 102 ausgebildet. Wenn die Drehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet, bewegt sich die Ventilkugel 110 von einer Öffnung 111 der Ablaßpassage 109 durch die Zentrifugalkraft weg, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, so daß das Öl aus der Öffnung 111 abgelassen wird, um den Zentrifugalöldruck zu beseitigen.

Wenn die herkömmliche Kupplung als Übertragungskupplung für ein Automatikgetriebe verwendet wird, ist die Übertragungskupplung vorgesehen, um die Drehmomentkapazität zu steuern, indem man kontinuierlich den Betätigungsdruck ändert. In einem solchen System ist es aber schwierig, diese Steuerung kontinuierlich von einer niedrigen Drehzahl bis zu einer hohen Drehzahl vorzunehmen, da das Öl in einem hohen Drehzahlbereich abgelassen wird. Wenn weiterhin die Drehzahl über die vorgegebene Drehzahl ansteigt, befindet sich kein Öl in einem Raum zwischen der Ablaßöffnung 111 und der Ölkammer 103.

Dementsprechend ist die Zeitsteuerung des Kupplungseingriffs bei einer niedrigen Drehzahl anders als bei Betrieb mit hoher Drehzahl. Weiterhin ist es möglich, daß sich ein Unterdruck in dem Raum ausbildet.

In der JP-OS 55-57 728 ist eine Kupplung angegeben, bei der eine andere Ölkammer auf der gegenüberliegenden Seite eines Kolbens vorgesehen ist, entsprechend einer Betätigungsölkammer zur Beseitigung des Zentrifugalöldruckes. Bei einer solchen Konstruktion muß jedoch eine Hydrauliksteuerungsanordnung außer der Ölkammer vorgesehen sein, so daß die Kupplung insgesamt kompliziert in ihrem Aufbau wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung anzugeben, bei der sich der Einfluß des Zentrifugalöldruckes mit einer einfachen Konstruktion mechanisch zuverlässig beseitigen läßt.

Gemäß der Erfindung wird eine fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung oder Lamellenkupplung angegeben, die folgendes aufweist: eine Antriebstrommel; eine angetriebene Trommel, die koaxial zu der Antriebstrommel vorgesehen ist; eine Vielzahl von Scheiben oder Lamellen, die auf beiden Trommeln angeordnet sind, so daß sie miteinander in Eingriff gebracht werden können; einen Hydraulikkolben, der in einer Ölkammer vorgesehen ist, welche in einer der Trommeln ausgebildet ist; und eine Ölpassage, um der Ölkammer Öl zuzuführen, um den Kolben zu bewegen, damit er gegen eine der Scheiben oder Lamellen drückt, um die Kupplung einzurücken. Die Kupplung weist ein ringförmiges Teil, welches einen ringförmigen Raum in der Nähe des Kolbens bildet, eine Vielzahl von in dem Raum vorgesehenen Gewichten sowie eine in dem Raum vorgesehene Einrichtung auf, um aus der Zentrifugalkraft in den Gewichten eine axiale Komponente zu erzeugen, um den Kolben in die Richtung der Kupplungsausrückung zu drücken.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das ringförmige Teil von einem Paar von ringförmigen Nockenscheiben gebildet, und die Einrichtung besteht aus einer sich verjüngenden Innenoberfläche, die auf einer der Nockenscheiben ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Kupplung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Halter in der erfindungsgemäßen Kupplung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Vektoren zwischen einem Gewicht und den Nockenscheiben in der erfindungsgemäßen Kupplung, wobei Vektoren aus der Zentrifugalkraft resultieren;

Fig. 4 eine Schnittansicht zur Erläuterung einer herkömmlichen Kupplung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug; und in

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung zur Erläuterung eines Teiles aus der Anordnung gemäß Fig. 4.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Kupplung zeigt, die als Übertragungskupplung für ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb verwendet wird. Dabei ist eine Antriebswelle 1 in einem Getriebegehäuse 4 mit einem Lager 2 drehbar gelagert, um die Kraft eines Motors von dem Getriebe auf eine Übertragungseinrichtung zu übertragen, und zwar über ein Untersetzungsgetriebe 3, das fest an der Antriebswelle 1 montiert ist.

Die Antriebswelle 1 ist nach hinten mit einem Verteilergetriebe 24 verlängert, bei dem eine hintere Antriebswelle 8 mit einem Lager 9 drehbar gelagert ist. Ein Ende der hinteren Antriebswelle 8 ist über ein Nadellager 7 drehbar auf der Antriebswelle 1 montiert. Die hintere Antriebswelle 8 ist betriebsmäßig mit einem nicht dargestellten Enduntersetzungsgetriebe für die Hinterräder verbunden.

Eine Übertragungskupplung 25 in Form einer fluidbetätigten Mehrscheiben-Reibungskupplung oder Lamellenkupplung ist in dem Verteilergetriebe 24 vorgesehen. Die Übertragungskupplung 25 weist folgendes auf: eine Antriebstrommel 5, die an dem Untersetzungsgetriebe 3 befestigt ist, als Antriebsteil; eine angetriebene Trommel 10, die an der hinteren Antriebswelle 8 befestigt ist, als angetriebenes Teil; eine Vielzahl von Scheiben oder Lamellen 6, die mit Keilverbindungen 5 a auf die Trommel 5 aufgekeilt ist, sowie eine Vielzahl von Scheiben oder Lamellen 11, die über Keilverbindungen 10 a auf die Trommel 10 aufgekeilt sind, wobei die Scheiben oder Lamellen abwechselnd angeordnet sind.

Ein Kolben 12 ist in der angetriebenen Trommel 10 vorgesehen und verschiebbar auf der Antriebswelle 8 montiert. Der Kolben 12 hat eine Öldichtung 14 an einem Vorsprung 12 a und steht mit dem Innenumfang der angetriebenen Trommel 10 an einem Außenflansch 12 b in Eingriff, der eine Öldichtung 13 hat. Ein Ende des Außenflansches 12 b ist so ausgelegt, daß es mit der ganz innen gelegenen Scheibe bzw. Lamelle 11 in Eingriff bringbar ist. Eine Ölkammer 15 ist zwischen dem Kolben 12 und der angetriebenen Trommel 10 ausgebildet. Durch eine Öffnung 17 und eine Ölpassage 16 in der Antriebswelle 8 wird Öl in die Kammer 15 zugeführt bzw. aus dieser abgelassen.

Gemäß der Erfindung ist ein Paar von Nockenplatten oder Nockenscheiben 18 und 19 in der angetriebenen Welle 10 vorgesehen und auf der Antriebswelle 8 montiert. Auf gegenüberliegenden Wänden der Nockenscheiben 18 bzw. 19 sind sich verjüngende Innenoberflächen 18 a und 19 a ausgebildet, die jeweils einen Winkel R gegenüber einer gedachten Bezugsebene haben. Die sich verjüngenden Innenoberflächen 18 a und 19 a sind so angeordnet, daß sie einen ringförmigen Raum bilden, dessen Breite zum Umfang hin allmählich abnimmt.

Die Nockenscheibe 18 ist auf der Antriebswelle 8 so montiert, daß sie in axialer Richtung der Antriebswelle 8 gegen das eine Ende des Vorsprunges 12 a des Kolbens 12 anliegt. Die Nockenscheibe 19 ist mit Keilverbindungen 8 a auf der Antriebswelle 8 befestigt. An die Nockenscheibe 19 angrenzend, ist eine Tellerfeder 21 an der Antriebswelle 8 befestigt, die mit einem an der Antriebswelle 8 befestigten Schnappring oder Sprengring 20 gelagert ist. Somit wird die Nockenscheibe 19 in axialer Richtung der Antriebswelle 8 nachgebend gegen die Nockenscheibe 18 gedrückt.

Ein ringförmiger Halter 22 ist in dem ringförmigen Raum zwischen den Nockenscheiben 18 und 19 angeordnet und auf die Keilverbindungen 8 a aufgekeilt. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der scheibenförmige Halter 22 eine Vielzahl von Aussparungen 22 a, die sich vom Innenraum aus radial erstrecken. Kugelförmige Gewichte 23 stehen mit den jeweiligen Aussparungen 22 a beweglich in Eingriff. Somit ist jedes Gewicht 23 in radialer Richtung des Halters 22 in dem Raum zwischen den sich verjüngenden Oberflächen 18 a und 19 a der Nockenscheiben beweglich.

Wenn der Kammer 15 Öl zugeführt wird, so wird der Kolben 12 durch den Öldruck vorgeschoben. Der Außenflansch 12 b des Kolbens 12 drückt gegen die Scheiben bzw. Lamellen 6 und 11, um die Übertragungskupplung 25 einzurücken. Somit wird die Kraft des Motors von der Antriebswelle 1 über das Untersetzungsgetriebe 3, die Antriebstrommel 5, die Lamellen 6 und 11 sowie die angetriebene Trommel 10 auf die hintere Antriebswelle 8 übertragen. Wenn Öl aus der Kammer 15 abgelassen wird, so bewegt sich der Kolben 12 durch die Kraft der Feder 21 zur Kammer 15 hin, so daß der Flansch 12 b von der Scheibe bzw. Lamelle 6 getrennt wird, beispielsweise durch einen Abstand a gemäß Fig. 1, so daß die Scheiben bzw. Lamellen 6 und 11 getrennt werden. Damit wird die Übertragungskupplung 25 ausgerückt.

Wenn die Übertragungskupplung 25 bei hoher Drehzahl ausgerückt wird, so dreht sich die Antriebswelle 8 weiter mit hoher Drehzahl. Der Zentrifugalöldruck beaufschlagt die Kammer 15, so daß der Kolben 12 einer Kraft F in axialer Richtung der Antriebswelle 8 ausgesetzt ist. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt die Zentrifugalkraft, daß sich die Gewichte 23 in den Aussparungen 22 a des Halters 22 radial nach außen bewegen, so daß die Nockenscheiben 18 und 19 in axialer Richtung gedrückt werden. Somit wird die Nockenscheibe 18 durch das Gewicht 23 geschoben und eine Kraft F′ in der entgegengesetzten Richtung zur Kraft F erzeugt, welche den Kolben 12 über den Vorsprung 12 a beaufschlagt.

Wenn dementsprechend die Komponenten der Kupplung richtig ausgelegt sind und eine Relation besteht, daß die Kraft |F| gleich der Kraft |F′| ist, so wird die Zentrifugalkraft durch die Funktion der Gewichte 23 ausgeglichen.

Die Kraft F, die von der Zentrifugalkraft in der Ölkammer auf den Kolben ausgeübt wird, läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

wobei folgende Bezeichnungen verwendet sind
r 1 = Innenradius des Kolbens
r 2 = Außenradius des Kolbens
P = f(r) Zentrifugalöldruck (radiusabhängig)
r = willkürlicher Radius
n = Drehzahl (min^-1)
K = Konstante, bestimmt durch r 1, r 2 und das spezifische Gewicht des Öls.

Demgegenüber läßt sich die Druckkraft F′, die von den Gewichten abhängig ist, folgendermaßen ausdrücken:

F′ = {(1/tan R) - μ} m · n′ · r′ · (2π/60)² · n²= K′n² (2),

wobei folgende Bezeichnungen verwendet sind
R = Winkel der sich verjüngenden Innenoberfläche der Nockenscheibe
μ = Reibungskoefizient
m = Masse des Gewichtes
n′ = Anzahl der Gewichte
r′ = Vorgaberadius
K′ = Konstante, bestimmt durch R, μ, m, n′ und r′.

Wenn in den obigen Gleichungen (1) und (2) die Beziehung K = K′ erfüllt ist, wird der Einfluß des Zentrifugalöldrucks ausgeglichen. Die Gleichung (2) ist abgeleitet aus Vektoren in Fig. 3 sowie einer Gleichung ω = (2π/60) n. Somit wird der Abstand a auch dann beibehalten, wenn die Übertragungskupplung bei hoher Drehzahl ausgerückt wird, so daß ein Steuerungsfehler verhindert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein Paar von Nockenscheiben 18 und 19 als Schubeinrichtung verwendet, um gegen den Kolben 12 zu drücken bzw. diesen zu schieben. Anstelle der Nockenscheibe kann auch ein sich verjüngender Bereich im Kolben 12 ausgebildet sein, um den Kolben als Teil von einem oder als Schubelement selbst zu betätigen. Anstelle der kugelförmigen Gewichte können auch mechanische Gewichte, wie z. B. Fliehkraftgewichte verwendet werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der Erfindung eine fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung oder Lamellenkupplung angegeben wird, bei der der Einfluß des Zentrifugalöldruckes auf den Kolben in der Kupplung mit einem einfachen mechanischen Aufbau beseitigt werden kann, so daß eine optimale Kupplungssteuerung im Automatikgetriebe gewährleistet ist.

Claims

1. Fluidbetätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung, gekennzeichnet durch

- eine Antriebstrommel (5),
- eine angetriebene Trommel (10) koaxial zur Antriebstrommel (5),
- eine Vielzahl von Scheiben oder Lamellen (6, 11), die auf den beiden Trommeln (5, 10) vorgesehen und miteinander in Eingriff bringbar sind,
- einen Hydraulikkolben (12), der in einer Fluidkammer (15) vorgesehen ist, die in einer der Trommeln (5, 10) ausgebildet ist,
- eine Fluidpassage (16, 17) für die Zuführung von Fluid zu der Fluidkammer (15), um den Kolben (12) zu bewegen, um mindestens eine der Scheiben oder Lamellen (6, 11) zu schieben und dadurch die Kupplung (25) einzurücken,
- eine Ringanordnung (18, 19), die einen an den Kolben (12) angrenzenden Ringraum bildet,
- eine Vielzahl von Gewichten (23), die in dem Ringraum vorgesehen sind, und
- eine Einrichtung (18 a, 19 a, 22), die in dem Ringraum vorgesehen ist, um aus der Zentrifugalkraft (F) in den Gewichten (23) eine axiale Komponente zu erzeugen, um den Kolben (12) in der Richtung zum Ausrücken der Kupplung (25) zu schieben.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanordnung von einem Paar von ringförmigen Nockenscheiben gebildet wird.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18 a, 19 a, 22) mindestens eine, sich verjüngende Innenoberfläche (18 a, 19 a) aufweist, die auf einer Nockenscheibe (18, 19) ausgebildet ist.