DE102015203064A1

DE102015203064A1 - Flüssigkeitsreibungskupplung

Info

Publication number: DE102015203064A1
Application number: DE102015203064.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buchholz; Wolfgang U. SORG; Alexander Bahr
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Also published as: WO2016134201A1; US20170335901A1; CN107223187A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung (1) mit einem Gehäuse (2, 3); mit einer Kupplungsscheibe (4), die gegenüber dem Gehäuse (2, 3) drehbar ist, und die an einem Ende (5) einer zentral innerhalb des Gehäuses (3) gelagerten Welle (6) angeordnet ist, mit einer Arbeitskammer (9) zwischen dem Gehäuse (2, 3) und der Kupplungsscheibe (4); mit einer Vorratskammer (10) für Kupplungsflüssigkeit; mit einem Zuführkanal (11A, 11B), der von der Vorratskammer (10) zur Arbeitskammer (9) führt, gekennzeichnet durch ein gegenüber dem Gehäuse (2, 3) drehbares Vorlaufpumpenelement (14), das drehfest auf der Welle (6) angeordnet ist, und das mit dem Gehäuse (2, 3) einen Scherspalt (12) definiert, und gekennzeichnet durch ein Ventil (17), das zur Steuerung des Zulaufs von Kupplungsflüssigkeit zum Vorlaufpumpenelement (14) in der Kupplungsscheibe (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Flüssigkeitsreibungskupplung ist aus der DE 10 2010 043 264 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Flüssigkeitsreibungskupplung ist zur Trennung eines Arbeitsraumes vom Vorratsraum ein separates Bauteil in Form einer Zwischenscheibe bzw. Trennwand vorgesehen. Diese Trennwand ist starr mit der angetriebenen Seite, also dem Gehäuse der Kupplung, verbunden. Diese Trennwand weist zumindestens ein Ventil, in der Regel jedoch zwei Ventile, auf, um einen Flüssigkeitsfluss zwischen dem Vorratsraum und dem Arbeitsraum zu steuern. Ferner ist zumindestens ein Stauelement vorgesehen, dass am Spalt angeordnet ist, um durch die Drehzahldifferenz einen Staudruck in der Flüssigkeit zu bewirken, der den Flüssigkeitsfluss unterstützt.
Durch das Vorsehen dieser Trennwand ergibt sich jedoch das technische Problem, dass die Baulänge der gesamten Kupplung erheblich erhöht wird. Dies wiederum hat den Nachteil, dass bei beengten Einbauverhältnissen derartig aufgebaute Flüssigkeitsreibungskupplungen nicht zum Einsatz gebracht werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkeitsreibungskupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der es auf einfache Art und Weise möglich ist, die Kupplungseffizienz zu steigern und die Baulänge der Kupplung zu reduzieren.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Durch die Integration eines Ventils zur Steuerung des Zulaufs von Kupplungsflüssigkeit zum Vorlaufpumpenelement in der Kupplungsscheibe, in der auch das Vorlaufpumpenelement integriert ist, wird es möglich gemacht, auf einfache Art und Weise durch Ausnutzung einer Differenzdrehzahl zwischen dem Pumpenelement und dem Gehäuse bzw. der Primärseite der Flüssigkeitsreibungskupplung einen von der Differenzdrehzahl abhängigen Volumenstrom von der Vorratskammer in die Arbeitskammer zu erzeugen.
Zu den weiteren besonderen Vorteilen der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung zählt ferner, dass nur eine geringe Menge an Kupplungsflüssigkeit erforderlich ist, da aufgrund der zuvor erläuterten Anordnung eine aktive Förderpumpe im Ölreservoir gebildet wird, was hinsichtlich der Kupplungsflüssigkeitsmenge gegenüber dem bekannten Ausnutzen von Zentrifugalkräften zum Füllen der Arbeitskammer vorteilhaft ist.
Ferner wird das Ansprechverhalten der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung aufgrund des niedrigen Kupplungsflüssigkeitsanteils schneller.
Es ergibt sich darüber hinaus eine äußerst kompakte Bauweise, da insbesondere die Kupplungslänge vermindert werden kann, da anstelle eines separaten Bauteils zur Trennung von Arbeitskammer und Vorratskammer diese Trennung ausschließlich über die Kupplungsscheibe erfolgt, was neben der kompakteren Bauweise den Vorteil ergibt, dass die Bauteilanzahl verringert werden kann, was eine kostengünstigere Bauweise ergibt.
Darüber hinaus ergibt der erfindungsgemäße Aufbau den Vorteil, dass es zu keinem Druckaufbau kommt, was eine Minimierung der Schleppverluste mit sich bringt.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Vorteilhafterweise ist das Ventil mit einem Ventilstift versehen, der sich in Radialrichtung der Kupplungsscheibe innerhalb dieser erstreckt.
Für eine Fail-Safe-Funktion ist es möglich, das Ventil in seine Ruhelage mittels einer Feder vorzuspannen, was bedeutet, dass der Zugang zum Vorlaufpumpenelement offen ist. In die Sperrstellung kann das Ventil durch einen separaten Aktuator bewegt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung,
2 eine Schnittdarstellung eines Teiles der Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß 1 an einer anderen Stelle der Flüssigkeitsreibungskupplung,
3 und 4 ein erfindungsgemäßes Ventil der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung in Ruhelage und Sperrstellung,
5 und 6 den 3 und 4 entsprechende Darstellung in einer anderen Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils in Ruhelage und Sperrstellung, und
7 und 8 perspektivische Darstellungen einer Kupplungsscheibe der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung, und
In 1 ist eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsreibungskupplung 1 dargestellt, die ein Gehäuse aufweist, das üblicherweise aus einem Gehäusekörper 2 und einem Deckel 3 aufgebaut ist.
Im Gehäuse 2, 3 ist eine Kupplungsscheibe 4 angeordnet, die gegenüber dem Gehäuse 2, 3 drehbar ist. Die Kupplungsscheibe 4 ist hierbei drehfest mit einem Ende 5 einer zentral innerhalb des Gehäuses 2, 3 gelagerten Welle 6 verbunden. Am anderen, in der 1 jedoch nicht sichtbaren, Ende dieser Welle 6 kann ein antreibbares Wirkorgan fixiert sein, das beispielsweise als Pumpenrad oder als Kompressor ausgebildet sein kann.
Eine Arbeitskammer 9 ist zwischen dem Gehäuse 2, 3 und der Kupplungsscheibe 4 angeordnet, die, wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, Arbeitsspalte 15 aufweist, die aufgrund einer Scherwirkung auf die der Arbeitskammer 9 zugeführten Kupplungsflüssigkeit eine Drehmomentübertragung möglich machen.
Ferner ist eine Vorratskammer 10 für die genannte Kupplungsflüssigkeit vorgesehen, wobei ein Zuführkanal 11A, 11B von der Vorratskammer 10 zur Arbeitskammer 9 führt und damit den Vorlauf bildet.
Wie die 1 und 2 verdeutlichen, ist die Vorratskammer 10 außenliegend angeordnet, was bedeutet, dass die Vorratskammer 10 aus Richtung der Längsmittelachse L der Flüssigkeitsreibungskupplung 1 radial außerhalb der Arbeitskammer 9 angeordnet ist.
Ferner kann die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung 1 mit einem Rückpumpsystem bzw. Rückförderpumpe versehen sein, die zur Rückführung der Kupplungsflüssigkeit von der Arbeitskammer 9 zur Vorratskammer 10 dient. Diese Rückförderpumpe kann auch in der Kupplungsscheibe 4 integriert sein, ist jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt. Diesbezüglich kann jedoch auf die Erläuterungen in der EP 2 679 850 A1 Bezug genommen werden, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch explizite Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht wird.
Wie sich vor allem aus einer Zusammenschau der 1 bis 4 sowie 7 und 8 ergibt, ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitsreibungskupplung 1 ferner mit einem Vorlaufpumpenelement 14 versehen, das in der Kupplungsscheibe 4 integriert und damit drehfest auf der Welle 6 gelagert ist und somit gegenüber dem Gehäuse 2, 3, nicht jedoch gegenüber der Welle 6, drehbar ist.
Das Vorlaufpumpenelement 14 weist im dargestellten Beispielsfall an seinem radialen Außenrand einen Scherspalt 12 auf, der gegenüber dem Gehäuse 2, 3 gebildet wird. Durch diese Anordnung wird eine Förderpumpe gebildet, die aufgrund einer zu erzeugenden Differenzdrehzahl zwischen dem Vorlaufpumpenelement 14 und dem Gehäuse 2, 3 einen Volumenstrom von Kupplungsflüssigkeit von der Vorratskammer 10 zur Arbeitskammer 9 ermöglicht.
Der Volumenstrom von der Vorratskammer 10 in die Arbeitskammer 9 wird durch das zuvor erläuterte Vorlaufpumpenelement 14 im Zusammenhang mit dem Scherspalt 12 erzeugt. Das Vorlaufpumpenelement 14 und der Scherspalt 12 bilden hierbei eine Förderpumpe, deren Wirkprinzip auf einer Drehzahldifferenz beruht.
Zur Steuerung des Zulaufs von Kupplungsflüssigkeit zum Vorlaufpumpenelement 14 ist in der Kupplungsscheibe 4 ein Ventil 17 integriert, wozu die Kupplungsscheibe 4 eine Aufnahmeausnehmung 21 aufweist, die in 4 repräsentativ für alle Aufnahmeausnehmungen der unterschiedlichen Ausführungsformen identifiziert ist.
Das Ventil 17 umfasst im Einzelnen einen Ventilstift 13, der, entsprechend der Ausrichtung der Aufnahmeausnehmung 21 in Radialrichtung R der Kupplungsscheibe 4 angeordnet ist.
Der Ventilstift 13 weist einen Stiftkopf 13A auf, der mit einem Aktuator 18 in Wirkverbindung steht. Bei der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist der Aktuator 18 eine drehbare Scheibe mit einer Aufnahmeausnehmung 19, in die in der in 3 dargestellten Ruhelage der Stiftkopf 13A eintaucht. Die ferner vorgesehene Feder 16, die eine Fail-Safe-Funktion möglich macht, ist dazu vorgesehen, den Stiftkopf 13A, gemäß der Darstellung in 3, in die Ausnehmung 19 einzudrücken, so dass das gegenüberliegende Ende 13C das Vorlaufpumpenelement 14 freigibt, was sich aus 3 ergibt. Dieses Ende 13C ist ein Endbereich eines Stiftschaftes 13B, der in der Aufnahmeausnehmung 21 geführt ist. Zwischen dem Stiftschaft 13B und dem Stiftkopf 13A ist ferner eine Stiftplatte 13D angeordnet. Auf dieser Stiftplatte 13D stützt sich ein Ende 16A der Feder 16 ab, während sich das gegenüberliegende Ende 16B der Feder 16 an einen Wandbereich 4A der Kupplungsscheibe 4 abstützt, was sich aus der Darstellung der 4 ergibt.
5 und 6 zeigen nur eine andere Schnittdarstellung der Anordnung gemäß den 3 und 4, aus der ein Aktuator 20 ersichtlich ist, der durch eine Radialbewegung auf den Stiftkopf 13A diesen zwischen der Ruhelage und der Schließstellung bewegt.
Die 7 und 8 verdeutlichen perspektivische Darstellungen der Kupplungsscheibe 4, wobei sich aus einer Zusammenschau dieser 7 und 8 die radiale Ausrichtung R des Ventils 17 bzw. seines Ventilstiftes 13 ergibt. Aus der Darstellung der 8 ergibt sich ferner, dass es auch möglich ist, dass zwei Ventile 17 in der Kupplungsscheibe 4 integriert sind.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung wird hiermit zur Ergänzung der Erfindungsoffenbarung explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 8 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Flüssigkeitsreibungskupplung
2, 3: Gehäuse
4: Kupplungsscheibe
5: Ende
6: Welle
7, 8: Lager
9: Arbeitskammer
10: Vorratskammer
11A, 11B: Zuführkanal
12: Scherspalt
13: Ventilstift
13A: Stiftkopf
13B: Stiftschaft
13C: Stiftende
13D: Stützplatte
14: Vorlaufpumpenelement
15: Arbeitsspalte
16: Feder
16A, 16B: Federenden
17: Ventil
18, 20: Aktuator
19: Aufnahmeausnehmung
21: Aufnahmeausnehmung
L: Längsachse
R: Radialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010043264 A1 [0002]
EP 2679850 A1 [0025]

Claims

Flüssigkeitsreibungskupplung (1) – mit einem Gehäuse (2, 3); – mit einer Kupplungsscheibe (4), • die gegenüber dem Gehäuse (2, 3) drehbar ist, und • die an einem Ende (5) einer zentral innerhalb des Gehäuses (3) gelagerten Welle (6) angeordnet ist, – mit einer Arbeitskammer (9) zwischen dem Gehäuse (2, 3) und der Kupplungsscheibe (4); – mit einer Vorratskammer (10) für Kupplungsflüssigkeit; und – mit einem Zuführkanal (11A, 11B), der von der Vorratskammer (10) zur Arbeitskammer (9) führt, gekennzeichnet – durch ein gegenüber dem Gehäuse (2, 3) drehbares Vorlaufpumpenelement (14), • das drehfest auf der Welle (6) angeordnet ist, und • das mit dem Gehäuse (2, 3) einen Scherspalt (12) definiert, und gekennzeichnet – durch ein Ventil (17), das zur Steuerung des Zulaufs von Kupplungsflüssigkeit zum Vorlaufpumpenelement (14) in der Kupplungsscheibe (4) angeordnet ist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17) einen Ventilstift (13) aufweist, der in Radialrichtung (R) der Kupplungsscheibe (4) angeordnet ist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17) mittels einer Feder (16) in eine Ruhelage vorgespannt ist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstift (13) einen Stiftkopf (13A) aufweist, der mit einem Aktuator (18; 20) in Wirkverbindung steht.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stiftkopf (13A) an einem Stiftschaft (13B) angeordnet ist, der ein dem Stiftkopf (13A) gegenüber angeordnetes, das Vorlaufpumpenelement (14) öffnendes und schließendes Stiftende (13C) aufweist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stiftkopf (13A) und dem Stiftschaft (13B) eine Stützplatte (13D) angeordnet ist, auf der sich ein Ende (16A) der Feder (16) abstützt, und das zweites Ende (16B) der Feder (16) sich an einem Wandbereich (4A) der Kupplungsscheibe 4 abstützt.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückförderpumpe zur Rückführung von Kupplungsflüssigkeit von der Arbeitskammer (9) zur Vorratskammer (10) vorgesehen ist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückförderpumpe in der Kupplungsscheibe (4) integriert ist.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von Arbeitskammer (9) und Vorratskammer (10) durch die Kupplungsscheibe (4) erfolgt.
Flüssigkeitsreibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkorgan am Gehäuse (2, 3) angebracht ist.