DE4016802C1 - Vehicle fluid drive coupling - has switch with weight speed connected to drive section - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombination einer Viskokupp­ lung mit einer fliehkraftbetätigbaren Kupplung, betreffend insbesondere eine Viskokupplung eines Kraftfahrzeuges, mit einem treibenden Teil, mit einem ersten getriebenen als Kupplungsgehäuse gestalteten Kupplungsteil und einem zwei­ ten drehbar darin aufgenommenen als Kupplungsnabe ausge­ bildeten Kupplungsteil und mit im Innenraum des Kupplungs­ gehäuses aufgenommenen Kupplungslamellen, welche abwech­ selnd dem Kupplungsgehäuse und der Kupplungsnabe drehfest zugeordnet sind, und mit einer Schaltvorrichtung, die ein mit dem treibenden Teil verbundenes, drehzahlabhängig be­ tätigbares erstes Schaltelement sowie ein an der Abtriebs­ seite angeordnetes zweites Schaltelement aufweist, welches an einem der beiden angetriebenen Kupplungsteile angeord­ net ist.

Begrenzt sperrbare Differentiale werden in der nicht stän­ dig angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, deren Sperrwirkung über eine Kontrollkupplung zu- und abgeschaltet werden kann. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß die Sperrwirkung eines Differentials nur bei einer niedrigen Anfahrgeschwindigkeiten benötigt wird und ab einer bestimmten Geschwindigkeit die Sperrwirkung auf­ gehoben werden könnte, damit ein verbesserter Ausgleich der unterschiedlichen Radlaufdrehzahlen in einer Kurven­ fahrt der nicht ständig angetriebenen Räder ermöglicht wird, so daß die Reifen keinem größeren Verschleiß unter­ worfen sind.

Bei Antriebsanordnungen für allradgetriebene Kraftfahr­ zeuge, in denen Viskokupplungen im Längsantriebsstrang eingesetzt werden, ist es bei höheren Geschwindigkeiten hingegen wünschenswert, die hintere Antriebsachse vom Motorgetriebe abzukoppeln, damit ein Blockierverhinderer im Falle eines Bremsvorganges in seiner Wirkungsweise nicht negativ beeinflußt wird.

Aus der DE-OS 33 17 247 ist es beispielsweise bekannt, für die Hinterachse ein Drehmoment vom Vorderachsdifferential eines über die Vorderradachse permanent angetriebenen Fahrzeuges abzuleiten. Im Längsantriebsstrang eines sol­ chen Fahrzeuges wird eine Viskokupplung zwischengeschal­ tet, so daß im Falle eines Drehzahlunterschiedes der bei­ den Radachsen ein mit diesem zunehmendes Antriebsdreh­ moment auf die Hinterräder übertragen wird. Bei einem Schlupf an den Vorderrädern ergibt sich eine Drehzahl­ differenz zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern, so daß sich ein zusätzliches Drehmoment für die Hinter­ achse aufbaut, weil durch die Drehzahldifferenz der beiden Achsen eine Relativbewegung der sich überdeckenden Lamel­ lensätze zueinander auftritt und die Viskoflüssigkeit im Kupplungsgehäuse geschert wird. Dieser Effekt ist im nor­ malen Fahrbetrieb erwünscht.

Von Nachteil bei diesen Ausführungen mit einer Viskokupp­ lung im Antriebsstrang ist aber, daß die Viskokupplung unabhängig davon, wie die Drehzahldifferenz entsteht, beim Auftreten einer Differenz in einen Drehmomentübertragungs­ zustand übergeht. Im Falle einer Abbremsung des Kraftfahr­ zeuges wird über die Viskokupplung auch ein Bremsmoment durch den Schereffekt der Viskoflüssigkeit auf die Hinter­ achse übertragen, so daß ein erhöhter Schlupf an der Hin­ terachse auftritt und das Kraftfahrzeug seine Seitenstabi­ lität verlieren würde.

Zur Vermeidung eines solchen kritischen Fahrzustandes ist es bekannt, die Viskokupplung über eine Schaltanordnung im Bedarfsfall abschaltbar zu gestalten. Aus diesem Grunde ist bei der bereits genannten Patentschrift ein ständig wirksamer Freilauf mit Freilaufsperre vorgesehen, der eine Übertragung eines Bremsmomentes von der Vorderachse auf die Hinterachse bei Vorwärtsfahrt verhindert. Bei Rück­ wärtsfahrt mit Allradantrieb wird der Freilauf manuell oder selbsttätig z. B. durch Einlegen des Rückwärtsganges gesperrt.

Ferner ist aus der EP 02 03 570 A1 eine Kombination einer Viskokupplung mit einer fliehkraftbetätigbaren Schaltvor­ richtung bekannt, die eine Verriegelung des getriebenen und treibenden Teils der Viskokupplung bei hohen Dreh­ zahlen vollzieht, wobei die Verriegelung kraft- oder form­ schlüssig erfolgt. Die bereits aufgeführten Nachteile im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges lassen mit dieser Ausführung nicht vermeiden.

Aus der DE 37 08 193 A1 ist es bekannt, eine ständig un­ wirksame Freilaufvorrichtung mit Freilaufsperre zu verwen­ den, die bei Betätigung der Betriebsbremse des Fahrzeugs automatisch die Freilaufsperre entriegelt und den Freilauf wirksam schaltet. Von Nachteil bei dieser Ausführung ist jedoch, daß die Freilaufvorrichtung nur über die Fahrzeug­ bremse schaltbar ist und während des normalen Fahrbetrie­ bes z. B. bei einem Schubbetrieb zu einer Verspannung der Längsantriebsachse führen kann.

Aus der DE 37 21 560 C2 ist des weiteren eine Vorrichtung zur Kupplung einer Eingangswelle mit einer Ausgangswelle bekannt, die zur Überbrückung einer Flüssigkeitsreibungs­ kupplung vorgesehen ist, jedoch kann eine Trennung des Antriebstranges zur Vermeidung eines kritischen Fahrzu­ standes ebenfalls nicht vorgenommen werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, die die Möglich­ keit einer selbsttätigen Öffnung der Kupplung ab einer be­ stimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und ein selbsttätiges Zu­ schalten der Viskokupplung bei Unterschreiten einer vorge­ gebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht und wobei der Schaltpunkt an den Einsatz bei verschiedenen Fahrzeugen angepaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das erste Schaltelement aus mindestens einem federbelasteten Fliehkraftgewicht besteht, das einen Hebelarm mit einem Zahn aufweist, welcher zu einer korrespondierenden Ver­ zahnung des zweiten Schaltelementes in Eingriff bringbar ist und daß das Fliehkraftgewicht unterhalb einer bestimmten Drehzahl unter Federspannung mit dem am Hebel­ arm befindlichen Zahn in die Verzahnung des zweiten Schaltelementes eingreift. Das Fliehkraftgewicht besitzt einen verzahnten Hebelarm, der in eine Innenverzahnung des zweiten Schaltelementes eingreift, wobei das Schaltelement einem Kupplungsteil zugeordnet ist. Mit zumehmender Fahr­ zeuggeschwindigkeit und damit verbundener höherer Drehzahl des Fahrzeugsantriebs wird das Fliehkraftgewicht nach außen gezogen, so daß eine Trennung der beiden Verzah­ nungen hervorgerufen und die Kupplung abgeschaltet wird. Hierbei kann durch die Auswahl der Federstärke und Masse des Gewichtes eine entsprechende Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben werden.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß das erste Schaltelement eine Totpunktsteuer­ ung mit einem Kipphebel aufweist, der in einem Kupplungs­ teil drehbar gelagert ist und dessen erster Hebelarm in eine Einbuchtung des Fliehkraftgewichtes eingreift und dessen zweiter Hebelarm einen in einer Bohrung einliegen­ den federbelasteten Schaltstift aufweist, der in jeweils eine von zwei Kerben der Außenkontur des Kupplungsteiles einrastend ausgebildet ist.

Durch die Totpunktsteuerung, die in einer Ausführung durch einen drehbar gelagerten Kipphebel in einem Kupplungsteil realisiert wird, wird ein genau definierter Abschaltpunkt erreicht, so daß der in die Innenverzahnumg des Schalt­ hebels eingreifende Zahn des Hebelarms bei zunehmender Drehzahl nicht allmählich aus dem Wirkbereich herausbewegt werden und einem großen Biegemoment unterliegt, sondern durch den Umschaltvorgang der Totpunktsteuerung der Ein­ griff in die Verzahnung durch eine schnelle Trennung aufgehoben wird.

Zweckmäßigerweise können die ersten Schaltelemente mehrfach korrespondierend zum zweiten Schaltelement angeordnet werden, so daß die übertragbaren Kräfte vergrößert werden können. Das zweite Schaltelement kann hierbei als innenverzahntes Zahnrad oder Zahnkranz ausge­ bildet sein.

Eine Anwendung der drehzahlabhängigen Abschaltvorrichtung ist z. B. in einer als Kontrollkupplung eingesetzten Visko­ kupplung für ein Sperrdifferential eines Kraftfahrzeuges oder in einer als Visco-Transmission eingesetzten Visko­ kupplung im Längsantriebsstrang eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges denkbar, um eine Abschaltung der Visko­ kupplung vorzunehmen, nachdem der Amfahrvorgang des Fahrzeuges beendet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausfüh­ rungsbeispiel näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit Sperrdifferential und Visco-Transmission im Längsantriebsstrang,

Fig. 2 ein teilweise geschnittenes Sperrdifferential mit Viskokupplung und einer drehzahlabhängi­ gen Schaltvorrichtung,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung X-X gemäß Fig. 2 mit einer ersten Ausführungsform der Tot­ punktsteuerung.

In Fig. 1 ist ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug 1 dar­ gestellt, dessen Motor 2 über ein Schaltgetriebe 3 und ein Sperrdifferential 4 mit einer Viskokupplung 12 und vor­ deren Antriebswellen 5 mit den angetriebenen Vorderrädern 6 verbunden werden. Zusätzlich ist über eine Längswelle 7 der Antrieb zur Hinterachse vom Sperrdifferential 4 abge­ zweigt. In der Längswelle 7 ist eine Visco-Transmission 8 mit einer Viskokupplung 12 zwischengeschaltet, welche über das hintere Ausgleichsgetriebe 9 und die Antriebswellen 10 mit den Hinterrädern 11 verbunden ist.

In Fig. 2 wird in einer teilweise geschnittenen Dar­ stellung das Sperrdifferential 4 mit der integrierten Viskokupplung 12 gezeigt, welches in der Vorderachse des Kraftfahrzeuges 1 eingebaut ist. Über das Differential­ gehäuse 13, den Ausgleichsradträger 40 und die Ausgleichs­ kegelräder 38 erfolgt der Antrieb der beiden ausgangs­ seitigen Kegelräder 37. Die Kegelräder 37 sind jeweils mit einer der beiden Antriebswellen 5 der Vorderräder 6 über eine Verzahnung 39 direkt verbunden. Eine Antriebswelle 5 ist zusätzlich über eine weitere Verzahnung 41 mit der Kupplungsnabe 12b drehfest verbunden, so daß die Kupp­ lungsnabe 12b mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebs­ welle 5 rotiert. Die Viskokuppplung 12 und das Sperr­ differential 4 sind über Druckringe 14 gegenüber dem Differentialgehäuse 13 abgestützt.

Im Differentialgehäuse 13 ist zwischen Viskokupplung 12 und Sperrdifferential 4 eine Schaltvorrichtung 15 ange­ ordnet, die aus einem ersten 18 und zweiten Schaltelement 19 besteht. Das erste Schaltelement 18 ist an einem Be­ festigungsring 42 schwenkbar gelagert, wobei der Befesti­ gungsring 42 drehfest mit dem Differentialgehäuse 13 über zumindestens einen Stift 44 verbunden ist und einen oder mehrere umfangsverteilte Befestigungsbolzen 43 aufweist.

Auf diesen Befestigungsbolzen 43 sind die Flieh­ kraftgewichte 22 drehbar im Drehpunkt 21 gelagert. Die Fliehkraftgewichte 22 besitzen, wie aus Fig. 3 er­ sichtlich, einen Hebelarm 23 mit einem Zahn 24, welcher in eine Verzahnung 20 des zweiten Schaltelementes 19 ein­ greift. Das zweite Schaltelement 19 ist mit dem Kupplungs­ gehäuse 12a der Viskokupplung 12 drehfest verbunden, so daß das Differentialgehäuse 13 mit dem Kupplungsgehäuse 12a drehfest verbunden ist, und zwar so lange, wie der Zahn 24 in die Verzahnung 20 des zweiten Schaltelementes 19 eingreift. Das zweite Schaltelement 19 kann hierbei aus einem innenverzahnten Zahnrad oder Zahnkranz bestehen. Durch die drehfeste Verbindung der beiden Gehäuseteile 12a, 13 über die Schaltvorrichtung 15 und die der An­ triebswelle 5 mit der Kupplungsnabe 12b und dem Kegelrad 37 ist im Normalfall die Drehzahl der beiden Viskokupp­ lungsteile 12a, 12b gleich, d. h. die Antriebswelle 5 ro­ tiert mit der gleichen Drehzahl wie das angetriebene Differentialgehäuse 13 und die Kupplungsnabe 12b. Eine Ausgleichsbewegung findet im Sperrdifferential 3 zwischen Kegelräder 37 und Ausgleichskegelräder 38 nicht statt. Nur wenn eines der beiden Vorderräder 6 einen Schlupf auf­ weist, tritt durch die Ausgleichsbewegung innerhalb des Sperrdifferentials 4 eine Drehzahldifferenz der Kupp­ lungsteile 12a,12b auf. In diesem Fall rotiert ein Vor­ derrad 6 mit der zugehörigen Antriebswelle 5 mit einer erhöhten Drehzahl und das zweite Vorderrad 6 steht still oder rotiert mit geringerer Drehzahl als die Antriebs­ drehzahl des Differentialgehäuses 13, so daß in der Vis­ kokupplung 12 eine Differenzdrehzahl zwischen den beiden Kupplungsteilen 12a,12b und den damit verbundenen Innen- 16 und Außenlamellen 17 eintritt und durch die Scherwirkung der viskosen Flüssigkeit zwischen den Innen- und Außenlamellen 17 im Innenraum der Viskokupplung 12 eine Abbremsung des Vorderrades 6 mit der höheren Drehzahl erfolgt. Durch die Abbremsung der schneller rotierenden Antriebswelle 5 tritt eine Sperr­ wirkung des Sperrdifferenials 4 ein und ein Teil des An­ triebsmomentes wird auf das stillstehende Rad der gleichen Achse übertragen.

Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ist diese Sperr­ wirkung jedoch nicht mehr erwünscht, so daß durch die in Reihe mit der Viskokupplung 12 geschaltete drehzahl­ abhängige Schaltvorrichtung 15 die Verbindung zwischen dem Differentialgehäuse 13 und dem Kupplungsgehäuse 12a auf­ gehoben werden kann. Eine Abschaltung der Viskokupplung 12 erfolgt immer dann, wenn eine durch die Feder 36 und die Masse des Fliehkraftgewichtes 22 bestimmte Geschwindigkeit überschritten wird. Das im Drehpunkt 21 auf dem Befesti­ gungsbolzen 43 gelagerte Fliehkraftgewicht 22 wird durch die auftretenden Fliehkräfte nach außen gezogen und der Zahn 24 des Hebelarms 23 wird somit aus der Verzahnung 20 des zweiten Schaltelementes 19 herausgezogen.

Unterstützt wird die Schaltvorrichtung hierbei durch eine Totpunktsteuerung, die einen definierten Ein- und Aus­ schaltpunkt festlegt, um große Biegemomente auf den Zahn 24 zu verhindern. Durch die Abschaltung der Schaltvor­ richtung 15 wird eine abbremsende Wirkung auf das Sperr­ differential 4 ausgeschlossen, so daß nur die Funktion eines normalen Ausgleichsdifferentials vorliegt.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung X-X gemäß Fig. 2, aus der das Prinzip der Schaltvorrichtung 15 mit einer Totpunktsteuerung ersichtlich ist. Die Schaltvorrichtung 15 besteht wie bereits ausgeführt, aus einem ersten 18 und einem zweiten Schaltelement 19. Das erste Schaltelement 18 besteht aus einem im Drehpunkt 21 auf einem Befestigungs­ bolzen 43 gelagerten Fliehkraftgewicht 22, das einen He­ belarm 23 besitzt, der in die Verzahnung 20 des zweiten Schaltelementes 19 mit einem korrespondierenden Zahn 24 eingreift. Das zweite Schaltelement 19 ist mit dem Kupp­ lungsgehäuse 12a drehfest verbunden.

Die Totpunktsteuerung erfolgt über einen Kipphebel 25 mit einem Schaltstift 26, wobei der Kipphebel 25 im Drehpunkt 27 auf einem Bolzen 45 gelagert ist. Der Kipphebel 25 weist zwei Hebelarme 28, 29 auf, wobei der erste Hebelarm 28 in eine Einbuchtung 30 des Fliehkraftgewichtes 22 ein­ greift und der zweite Hebelarm 29 eine Bohrung 31 besitzt, in welcher ein Schaltstift 26 unter Federspannung einer Hilfsfeder 32 aufgenommen ist. Der Schaltstift 26 greift in eine Außenkontur 33 des Kupplungsgehäuses 12a ein, die zwei Kerben 34, 35 aufweist und somit das Fliehkraftgewicht 22 jeweils in einer der beiden Schaltpositionen hält. Durch die beiden Kerben 34, 35 werden hierbei die beiden Schaltpositionen der Abschaltvorrichtung 15 charakteri­ siert. Ab einer bestimmten Drehzahl des Differentialge­ häuses 13 wird das Fliehkraftgewicht 22 im Drehpunkt 21 gegen die Federkraft der Feder 36 verschwenkt und durch den Kipphebel 25 stabilisiert gehalten. Hierdurch wird verhindert, daß der Zahn 24 des Hebelarms 23 nur teilweise in die Verzahnung 20 des zweiten Schaltelementes 19 ein­ greift und ein großes Biegemoment auf den Zahn 24 ausgeübt wird. Gleichzeitig wird ein definierter Abschalt- und Einschaltpunkt erreicht, der durch die Auslegung der Feder 36 einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Drehzahl angepaßt werden kann.

Claims (6)

1. Kombination einer Viskokupplung mit einer fliehkraft­ betätigbaren Kupplung, betreffend insbesondere eine Viskokupplung eines Kraftfahrzeuges (1), mit einem treibenden Teil (13), mit einem ersten getriebenen als Kupplungsgehäuse (12a) gestalteten Kupplungsteil und einem zweiten drehbar darin aufgenommenen als Kupp­ lungsnabe (12b) ausgebildeten Kupplungsteil und mit im Innenraum des Kupplungsgehäuses (12a) aufgenommenen Kupplungslamellen, welche abwechselnd dem Kupplungs­ gehäuse (12a) und der Kupplungsnabe (12b) drehfest zu­ geordnet sind, und mit einer Schaltvorrichtung (15), die ein mit dem treibenden Teil (13) verbundenes, drehzahlabhängig betätigbares erstes Schaltelement (18) sowie ein an der Abtriebsseite angeordnetes zweites Schaltelement (19) aufweist, welches an einem der beiden angetriebenen Kupplungsteile (12a, 12b) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (18) aus mindestens einem federbelasteten Fliehkraftgewicht (22) besteht, das einen Hebelarm (23) mit einem Zahn (24) aufweist, welcher zu einer korrespondierenden Verzahmung (20) des zweiten Schaltelementes (19) in Eingriff bringbar ist und daß das Fliehkraftgewicht (22) unterhalb einer bestimmten Drehzahl unter Federspannung mit dem am Hebelarm (23) befindlichen Zahn (24) in die Verzahnung (20) des zweiten Schaltelementes (19) eingreift.

2. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (18) eine Totpunkt­ steuerung mit einem Kipphebel (25) aufweist, der in einem Kupplungsteil (12a, 12b) drehbar gelagert ist und dessen erster Hebelarm (28) in eine Einbuchtung (30) des Fliehkraftgewichtes (22) eingreift und dessen zweiter Hebelarm (29) einen in einer Bohrung (31) ein­ liegenden federbelasteten Schaltstift (26) aufweist, der in jeweils eine von zwei Kerben (34, 35) der Außen­ kontur (33) des Kupplungsteiles (12a, 12b) einrastend ausgebildet ist.

3. Abschaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (18) mehrfach korrespon­ dierend zum zweiten Schaltelement (19) angeordnet ist.

4. Abschaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement (19) als Zahnrad oder Zahnkranz mit einer Innenverzahnung (20) ausgebildet ist.

5. Abschaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Schaltvorrichtung (15) in einer als Kontrollkupplung arbeitenden Kupplung für ein zumindest begrenzt sperrbares Differential (4) zwischen den angetriebenen Rädern (6) einer Achse eines Kraftfahrzeuges (1) eingesetzt ist.

6. Abschaltvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlabhängige Schaltvorrichtung (15) in einer als Viscous-Transmission (8) arbeitenden Kupp­ lung im Längsstrang zwischen den Antriebsachsen eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges (1) eingesetzt ist.