DE4227095C1 - Viskokupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Viskokupplung mit einem Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusemantel und an dessen Enden angebrachten und radial bezüglich der Drehachse verlaufenden Deckeln, mit einer in den Deckeln um die Drehachse drehbar auf genommenen Nabe, mit ersten ring­ förmigen, insbesondere verteilt angeordnete Durchbrüche aufweisenden Lamellen, deren Seitenflächen eben sind und wobei die Lamellen einem der beiden Kupplungsteile, nämlich Gehäuse oder Nabe, mit einer ihrer Umfangsflächen drehfest zugeordnet und auf Abstand zueinander gehalten sind, mit zweiten ringförmigen Lamellen, die mit einer ihrer Umfangsflächen dem jeweils anderen der beiden Kupplungsteile, nämlich Nabe oder Gehäuse, drehfest und entlang der Drehachse verschiebbar zugeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei beabstandeten ersten Lamellen mindestens eine zweite Lamelle angeordnet ist und die zweiten Lamellen ausgehend von der Umfangsfläche, die nicht zur drehfesten Verbindung dient, mit umfangsver­ teilten und über einen Teil der Ringstärke erstreckenden Schlitzen versehen sind, deren Kanten so geformt sind, daß sie alle axial von einer seitlichen Planfläche der zwischen den Schlitzen gebildeten Sektoren vorstehen, und wobei sich die ersten und zweiten Lamellen radial zumindest teilweise überlappen, und mit einem hochviskosen Viskofluid, insbesondere Silikonöl, welches den nicht von Lamellen besetzten Innenraum des Gehäuses zumindest teilweise füllt.

Derartige Viskokupplungen sind beispielsweise aus der US-PS 49 89 687 und US-PS 50 41 065 bekannt. Dabei sind die beweglichen Lamellen durch Schlitze in Sektoren unter­ teilt. Die Schlitze weisen Begrenzungskanten auf, die von einer der Planflächen zu einer Seite hin vorstehen. Die auf Abstand fixierten Lamellen sind eben ausgebildet, d. h. sie weisen zwei Planflächen auf. Gegebenenfalls können diese auf einem Abstand zueinander fixierten Lamellen mit in ihren Ringflächen verteilten Durchbrüchen versehen sein. Die nicht fixierten Lamellen bewegen sich beim Anstehen einer Differenzdrehzahl zwischen dem Gehäuse und der Nabe axial in der Verzahnung in Richtung auf die benachbarte ortsfeste Lamelle zu, zu der ihre vorstehenden Kanten hinweisen, und zwar aufgrund des dabei auftretenden hydrodynamischen Effektes, der durch die Kanten begünstigt wird, weil sie, wie aus den vorstehenden Druckschriften ersichtlich, einen Einlauftrichter bilden und vor allem aufgrund der Druckdifferenz. Die Bewegung erfolgt so lange, bis die mit Schlitzen und abgebogenen Kanten versehenen beweglichen Lamellen jeweils an der benach­ barten feststehenden Lamelle zur Anlage kommen. Dies trifft auch im sogenannten Viskomodus auf. Dabei entsteht ein Reibschluß zwischen den axial beweglichen Lamellen und den ortsfesten Lamellen. Wird die Drehzahldifferenz wesentlich größer, so wird aufgrund der Erwärmung die Druckdifferenz wesentlich größer und es tritt der sogenannte Hump-Modus ein. Beim Hump-Modus geht die Diffe­ renzdrehzahl wegen des vollen Reibschluß annähernd gegen Null, so daß eine deutliche Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes eintritt. Der Reibschluß, vor allem im Visko­ modus führt dazu, daß einzelne Partikelchen der Lamellen abgerieben werden. Diese abgelösten Metallpartikel werden von dem Viskofluid aufgenommen, haben jedoch einen schädi­ genden Einfluß auf die Lebensdauer und Wirkung der Visko­ flüssigkeit. Es hat sich herausgestellt, daß im Laufe der Benutzung eine Vergelung des Viskofluids (Silikonöl mit hoher Viskosität von 5000 bis 300000 cSt) eintritt. Dies begrenzt die Lebensdauer der Kupplung.

Ferner ist in der US 50 80 211 eine Lamelle für eine Vis­ kokupplung beschrieben, welche eben ausgebildet ist und zu ihrem Innenumfang offene Schlitze aufweist. Die Schlitze gehen von Bohrungen aus.

Die EP 03 40 204 A1 beschreibt eine Lamelle für eine Vis­ kokupplung mit Schlitzen, die zum Außenumfang der Lamelle offen sind und deren Begrenzungswände wenigstens bereichs­ weise schräg zur Planfläche der Lamelle verlaufen.

In der DE-OS 21 35 791 sind für Viskokupplungen verschie­ dene Bauformen der zum Einsatz gedachten Innen- und Außen­ lamellen beschrieben. Alle Lamellen weisen entweder Durch­ brüche oder Schlitze auf, deren Ränder jedoch in der Ebene der Planfläche der Lamellen liegen. Die Innenlamellen und Außenlamellen sind jeweils über Distanzringe axial auf einem festen Abstand zueinander gehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viskokupp­ lung zu schaffen, bei der eine erhöhte Lebensdauer des Fluids erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Sektoren der zweiten Lamellen jeweils mindestens eine Öffnung vorhanden ist.

Im Viskomodus wird durch die Öffnungen im gewissen Rahmen die Druckdifferenz reduziert, so daß auch bei Anlegen der Lamellen an die Gegenlamellen eine geringere Reibung bei der normal anstehenden Drehzahldifferenz gegeben ist. Bei Ansteigen der Differenzdruckzahlen kann jedoch nicht so schnell ein Druckausgleich eintreten, so daß bei der Kupp­ lung wie üblich ein sogenannter Hump, das ist die Posi­ tion, bei der ein Reibschluß zwischen der beweglichen Lamelle und der ortsfesten Lamelle eintritt, gegeben ist. Über die anliegenden Kanten wird bei großer Differenzdrehzahl mehr Viskofluid aus dem Bereich zwischen zwei Schlitzen abgeführt als durch die Öffnungen nach­ fließen kann, so daß ein beschleunigtes Anlegen der axial beweglichen Lamellen mit den Kanten der Schlitze an die gegenüberliegende feststehende Lamellen eintritt. Dabei biegen sich die Sektoren durch und die Durchbrüche werden verschlossen. Damit wird auch die Anzahl der Differenz­ drehzahlen reduziert, so daß auch der Antrieb reduziert wird. Die Anstellkraft der Kanten an die gegenüberliegende Planfläche der feststehenden Lamellen wird erhöht. Der Zustand, bei dem die Lamellen keine Relativbewegung mehr ausführen, wird also beschleunigt erreicht. Da weniger Abrieb entsteht, kann auch eine höhere Lebensdauer erreicht werden. Der Vergelungseffekt tritt also wesentlich später ein.

Vorzugsweise weisen die zweiten Lamellen eine Dicke von 0,4 bis 1 mm auf.

Eine günstige Gestaltung ergibt sich durch die Ausbildung der Öffnungen als zylindrische Bohrungen.

Eine besonders günstige Wirkungsweise ergibt sich, wenn jede Öffnung einen Flächenanteil von 3% bis 25% des Flächenanteils des durch zwei benachbarte Schlitze, durch die Umfangsfläche, von der die Schlitze ausgehen, und durch einen gedachten Kreis, der an das Schlitzende heranreicht, begrenzten Sektors einnimmt. Vorzugsweise sind die Öffnungen jeweils mittig in den Sektoren angeordnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Viskokupplung und deren Anwendung bezüglich eines Kraftfahrzeuges ergeben sich aus der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug,

Fig. 2 einen Längshalbschnitt der Viskokupplung,

Fig. 3 eine Ansicht auf eine Planfläche einer zweiten Lamelle,

Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3 im Schnitt und

Fig. 5 ein Detail x gemäß Fig. 3 nach der Schnittlinie A-A dargestellt.

Aus Fig. 1 ist das Antriebsschema für ein vierradge­ triebenes Fahrzeug 1 erkennbar. Die beiden Vordererräder 2 werden durch den Motor 3, das Untersetzungsgetriebe 4, das beiden Vorderrädern 2 gemeinsame Vorderachsdifferential 5 und jeweils eine Seitenwelle 6 angetrieben. Über das Ab­ zweiggetriebe 7 wird die Drehbewegung von dem Vorderachs­ differential 5 abgeleitet und auf die Längswelle 8 über­ tragen. Die Längswelle 8 treibt das Hinterachsdifferential 9, welches zur Weiterleitung der Antriebsbewegung über die Seitenwellen 10 an die beiden Hinterräder 11 dient.

Der Antrieb des Fahrzeuges 1 kann so gestaltet werden, daß die Hinterräder 11 und die Vorderräder 2 ständig ange­ trieben werden oder aber auch so, daß die Hinterräder 11 nur dann zugeschaltet werden, wenn die permanent angetrie­ benen Vorderräder 2 sich auf einem Untergrund mit einem niedrigen Haftbeiwert befinden und gegenüber dem Unter­ grund Schlupf auftritt. Die im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 5 näher beschriebene Viskokupplung dient zur Weiterleitung der Drehbewegung auf die nicht ständig ange­ triebenen Räder, sobald ein Schlupf an den angetriebenen Rädern eintritt. Hierzu kann die Viskokupplung beispiels­ weise dem Differential einer der beiden Achsen als auch dem Antriebsstrang, der zwischen den beiden Achsen wirksam ist, zugeordnet werden.

Die in der Fig. 2 dargestellte Viskokupplung 12 weist ein Gehäuse 13 auf. Das Gehäuse 13 umfaßt den im wesentlichen zylindrisch gestalteten Gehäusemantel 14, der beispiels­ weise auf seiner Außenfläche mit einer Antriebsverzahnung 14a versehen ist, über die er mit einem treibenden oder anzutreibenden Teil des Antriebsstranges in Verbindung steht. An den axialen Enden des im wesentlichen hohl­ zylindrischen Gehäusemantels 14 sind radial nach innen auf die Drehachse 17 zugerichtet verlaufende Deckel 15, 16 angeschlossen. Der Deckel 15 ist an seinem Außenumfang mit dem Gehäusemantel 14 verschweißt und mit einer Sitzfläche in einer entsprechenden Eindrehung des Gehäusemantels 14 zentriert aufgenommen. Der zweite Deckel 16 ist in eine Bohrung des Gehäusemantels 14 eingesetzt und in dieser durch die Verzahnung 22, die von der Innenfläche des Gehäusemantels 14 auf die Drehachse 17 zu vorsteht, einer­ seits und durch einen Sicherungsring 29 andererseits gegen axiale Verlagerung festgelegt. Die Dichtung 28 dient zur Abdichtung gegenüber dem Gehäusemantel 14. Die beiden Gehäusedeckel 15, 16 weisen jeweils eine Bohrung 18 bzw. 19 auf. In diesen Bohrungen 18, 19 ist eine Nabe 20 mit ihren zylindrischen Sitzflächen 25 relativ drehbeweglich auf­ genommen. Ihre axiale Bewegung wird durch eine radial nach außen vorstehende, umfangsverteilte Zähne aufweisende Verzahnung 26 begrenzt. Zwischen der Bohrung 18, 19 der beiden Deckel 15, 16 und den entsprechenden Sitzflächen 25 der Nabe 20 sind Dichtungen 27 angeordnet. Die beiden Verzahnungen 22 und 26 von Gehäuse 13 und Nabe 20 weisen sich parallel zur Drehachse 17 enstreckende Zähne auf. Die zentrale Bohrung der Nabe 20 ist mit einer Antriebsver­ zahnung 20a versehen, mit der sie mit einem treibenden oder anzutreibenden Glied des Antriebsstranges des Fahr­ zeuges 1 verbindbar ist.

Die Verzahnung 22 dient zur Aufnahme von ersten Lamellen 21, die mit ihrem profilierten Außenumfang drehfest in der Verzahnung 22 aufgenommen sind. Jeweils zwischen zwei ersten Lamellen 21 ist ein Distanzring 23 angeordnet. Dieser hält die ersten Lamellen 21 auf axialem Abstand zueinander. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwischen zwei ersten Lamellen 21 zwei zweite Lamellen 24 angeordnet. Diese zweiten Lamellen 24 sind mit einer an ihrem Innenumfang vorgesehenen Verzahnung in der Verzahnung 26 der Nabe 20 drehfest und zusätzlich entlang der Drehachse 17 verschiebbar aufgenommen. Sie sind einander gegenüber nicht distanziert. Es ist auch möglich, nur eine zweite Lamelle 24 jeweils zwischen zwei ersten Lamellen 21 anzuordnen. Der nicht von Lamellen 21,24 besetzte Innenraum 30 des Gehäuses 13 ist mit einem Viskofluid, insbesondere einem hochviskosen Silikonöl, mit einer Viskosität in der Größenordnung von 5000 bis 300000 cSt (Zentistokes) zumindest teilweise gefüllt. Die Füllung erfolgt über die Füllbohrung 31, die durch die Verschluß­ kugel 31a verschlossen ist.

Beim Auftreten einer Drehzahldifferenz, also einer relativen Verdrehung von Gehäuse 13 und Nabe 20 um die Drehachse 17 einander gegenüber, erfolgt eine Scherung des sich im Zwischenraum zwischen den sich radial überlappen­ den Lamellen 21, 24 befindlichen Viskofluids und dabei ein Temperaturanstieg sowie daraus resultierend ein Druckauf­ bau im Innenraum 30 des Gehäuses 13. Dieser Druckaufbau, unter Berücksichtigung der konstruktiven Gestaltung der zweiten Lamellen 24, wie sie nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert ist, führt zu einer axialen Bewegung der zweiten Lamellen 24 jeweils auf die benachbarte erste Lamelle 21 zu, bis diese aneinander in Anlage kommen. Ein solcher Zustand kann bei den bekannten Ausführungen schon bei geringen Drehzahldifferenzen auf­ treten, da aufgrund der Drehzahldifferenz eine Druck­ differenz eintritt. Geringe Drehzahldifferenzen treten aufgrund konstruktiver Gegebenheiten auf. Dies hat eine axiale Bewegung der nicht fixierten Lamellen zur Folge. Steigt die Drehzahldifferenz stärker an, tritt ein Reib­ schluß in einem Maße ein, daß dies zu einem deutlichen Anstieg des übertragbaren Drehmomentes führt. Die Kupplung ist von dem sogenannten Viskomodus, in dem eine reine Scherung des Viskofluids oder Mischverhältnisse vorliegen, in den sogenannten Hump-Modus, in dem die Drehmomentüber­ tragung durch Reibschluß mit Drehzahldifferenz annähernd Null erfolgt, übergegangen.

Die Mischverhältnisse, bei denen kein reiner Viskomodus gegeben ist und die Schnelligkeit der Überführung in den Hump-Modus, bei dem praktisch keine Drehzahldifferenz zwischen den aneinander anliegenden Lamellen 21, 24 gegeben ist, ist maßgeblich für die Größe des aufgrund der Reibung eintretenden Verschleißes. Je kleiner die Gesamtanzahl der Relativbewegungen der Lamellen von der Überführung aus dem Viskomodus in den Hump-Modus ist, desto geringer ist der Verschleiß. Desto geringer fällt auch die Schädigung des Viskofluids aus. Es erhöht sich die Lebensdauer der Viskokupplung entsprechend.

Die aus den Fig. 3 bis 5 ersichtliche zweite Lamelle 24 ist ringförmig aufgebaut. Sie ist relativ dünn (ca. 0,4 bis 1 mm, was durchmesserabhängig ist) gestaltet und besteht aus Stahl. Die Oberflächen sind behandelt, um das Verschleißverhalten zu verbessern.

Die Innenumfangsfläche 33 der Lamelle 24 ist mit einer Verzahnung versehen, die zu der Außenverzahnung 26 der aus Fig. 2 ersichtlichen Kupplungsnabe 20 paßt.

Die Außenumfangsfläche ist mit 32 bezeichnet. Die Außen­ umfangsfläche 32, die nicht zur drehfesten Verbindung mit der Nabe 20 dient, bildet den Ausgang für umfangsverteilte Schlitze 36, die sich über eine begrenzte radiale Länge erstrecken. Das Ende der Schlitze ist mit 37 bezeichnet. Es ist ein gedachter Kreis 41, der die Schlitzenden 37 berührt, eingezeichnet.

Zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Schlitzen 36, der Außenumfangsfläche 32 und dem gedachten Kreis 41 ist jeweils ein Sektor 40 gebildet. Die beiden Planflächen der Sektoren 40 sind mit 34 bzw. 35 bezeichnet. Die Schlitze 36 weisen Kanten 38, 39 auf, die von einer der beiden Planflächen, nämlich der Planfläche 35 zu einer Richtung hin in der Größenordnung von 0,03 bis 0,05 mm vorstehen. In den Sektoren 40 sind Öffnungen 42, beispielsweise in Form von Bohrungen vorhanden. Durch die Kanten 38, 39 bildet sich eine Art Trichter. Dieser begünstigt den hydrodynamischen Effekt bei einem Auftreten einer Drehzahldifferenz, so daß die axiale Bewegung der Lamelle 24, um diese in Kontakt zu der benachbarten, im Gehäuse 13 ortsfest gehaltenen Lamelle 21 zu bringen, beschleunigt wird. Die Bewegungsrichtung wird durch die Ausbildung der Schlitze 36 mit vorstehenden Kanten 38, 39 bestimmt. Beim dargestellten Ausführungsform bewegt sich die Lamelle 24 derart, daß die Kanten 38, 39 zur Anlage an der Planfläche der nächsten benachbarten feststehenden Lamelle 21, wie aus Fig. 2 ersichtlich, kommt und in Reib­ schluß zu dieser gebracht wird. Dabei liegen die Kanten 38, 39 dicht an der Oberfläche der benachbarten fest­ stehenden Lamelle 21 an. Dadurch, daß die Kanten 38, 39 zur Anlage an die gegenüberliegende Planfläche der benach­ barten, feststehenden Lamelle kommen, wird Viskosefluid aus dem durch die Kanten 38, 39 eingeschlossenen Raum abge­ führt, wodurch die Druckdifferenz zur anderen Planfläche der beweglichen Lamelle 24 erhöht wird und ein verstärktes Anpressen erfolgt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Öffnungen 42 wird erreicht, daß die ungünstigen Mischver­ verhältnisse verbessert werden. Sollte bei einer kleineren Drehzahldifferenz die mit Kanten 38, 39 versehene Lamelle 24 bereits in Anlage an der benachbarten, feststehenden Lamelle 21 sein, so erfolgt über die Durchbrüche im gewissen Rahmen eine Reduzierung der Druckdifferenz. Es kann Viskofluid über die Durchbrüche 42 in den Raum zwischen den beiden Kanten 38, 39 eines Sektors 40 nach­ fließen. Das Stadium des Betriebs im Viskomodus wird beibehalten, mit der Folge geringeren Abriebs von Metall. Tritt jedoch eine größere Drehzahldifferenz auf, so kann aufgrund der Bemessung der Öffnungen 42 der Ausgleich nicht so schnell eintreten. Der durch eine dann eintretende Erwärmung verstärkte Druck, mit daraus resultierender Druckdifferenz, führt zu einer schnellen Überführung in den Hump-Modus.

Dabei tritt aufgrund der Größe der Anpreßkräfte eine Durchfederung der Sektoren 40 ein, bis eine Anlage zur Planfläche der ortsfesten Lamelle 21 entsteht. Hierdurch werden die Öffnungen 42 verschlossen. Viskofluid kann dann noch bei der gegen Null tendierenden Drehzahl­ differenz nicht in den Raum der Sektoren 40 zwischen jeweils zwei Kanten 38, 39 gelangen.

Bezugszeichenliste

 1 Fahrzeug
 2 Vorderräder
 3 Motor
 4 Getriebe
 5 Vorderachsdifferential
 6 Seitenwelle
 7 Abzweiggetriebe
 8 Längswelle
 9 Hinterachsdifferential
10 Seitenwelle
11 Hinterräder
12 Viskokupplung
13 Gehäuse
14 Gehäusemantel
14a Antriebsverzahnung
15, 16 Deckel
17 Drehachse
18, 19 Bohrung in Deckel
20 Nabe
20a Antriebsverzahnung der Nabe
21 erste Lamellen/Außenlamellen
22 Verzahnung
23 Distanzring
24 zweite Lamellen/Innenlamellen
25 Außenfläche der Nabe/Sitzfläche der Nabe
26 Verzahnung
27 Dichtung zur Nabe
28 Dichtung zum Deckel
29 Sicherungsring
30 Innenraum des Gehäuses
31 Füllbohrung
31a Verschlußkugel
32 Außenumfangfläche
33 Innenumfangsfläche
34, 35 seitliche Planflächen
36 Schlitz
37 Schlitzende
38, 39 Kanten
40 Sektor
41 Kreis
42 Öffnung/Bohrung

Claims (5)

1. Viskokupplung mit einem Gehäuse (13), bestehend aus einem Gehäusemantel (14) und an dessen Enden angebrachten und radial bezüglich der Drehachse (17) verlaufenden Deckeln (15, 16), mit einer in den Deckeln (15, 16) um die Drehachse (17) drehbar aufgenommenen Nabe (20), mit ersten ringförmigen, insbesondere ver­ teilt angeordnete Durchbrüche aufweisenden Lamellen (21), deren Seitenflächen eben sind und wobei die Lamellen (21) einem der beiden Kupplungsteile, nämlich Gehäuse (13) oder Nabe (20), mit einer ihrer Umfangs­ flächen drehfest zugeordnet und auf Abstand zueinander gehalten sind, mit zweiten ringförmigen Lamellen (24), die mit einer ihrer Umfangsflächen (32, 33) dem jeweils anderen der beiden Kupplungsteile, nämlich Nabe (20) oder Gehäuse (13), drehfest und entlang der Drehachse (17) verschiebbar zugeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei beabstandeten ersten Lamellen (21) mindestens eine zweite Lamelle (24) angeordnet ist und die zweiten Lamellen (24) ausgehend von der Umfangs­ fläche (32), die nicht zur drehfesten Verbindung dient, mit umfangsverteilten und über einen Teil der Ring­ stärke erstreckenden Schlitzen (36) versehen sind, deren Kanten (38, 39) so geformt sind, daß sie alle axial von einer seitlichen Planfläche (35) der zwischen den Schlitzen (36) gebildeten Sektoren (40) vorstehen, und wobei sich die ersten und zweiten Lamellen (21, 24) radial zumindest teilweise über­ lappen, und mit einem hochviskosen Viskofluid, insbesondere Silikonöl, welches den nicht von Lamellen (21, 24) besetzten Innenraum (30) des Gehäuses (13) zumindest teilweise füllt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sektoren (40) der zweiten Lamellen (24) jeweils mindestens ein Durchbruch (42) vorhanden ist.

2. Viskokupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Lamellen (24) eine Dicke von 0,4 mm bis 1 mm aufweisen.

3. Viskokupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (42) als zylindrische Bohrung gestaltet ist.

4. Viskokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (42) einen Flächenanteil von 3% bis 25% des Flächenanteils des durch zwei benachbarte Schlitze (36), durch die Umfangsfläche (32), von der die Schlitze (36) ausgehen, und durch einen gedachten Kreis (41) der an das Schlitzende (37) heranreicht, begrenzten Sektors (40) einnimmt.

5. Viskokupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (42) jeweils mittig in den Sektoren (40) angeordnet sind.