DE3534999A1

DE3534999A1 - Viskosekupplung mit fuellungsregelung

Info

Publication number: DE3534999A1
Application number: DE19853534999
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7990 Friedrichshafen Ehrlinger; Ünal GAZYAKAN
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1986-04-10
Also published as: WO1986002132A1; EP0229063A1

Description

Viskosekupplung mit Ftllungsregelung
Die Erfindung betrifft eine Viskosekupplung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine Viskosekupplung dieser Art ist bekannt (DE-PS 21 35 791).
Eine Viskosekupplung nach DE-PS 21 35 791 hat ein mit steigender Relativdrehzahl steigendes Drehmoment. Eine kleine solche Viskosekupplung gestattet bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn noch einen fast freien Drehzahlausgleich. Eine große solche Viskosekupplung erzeugt, wenn ein Rad wegen mangelhaftem Reibkontakt zum Boden durchdrehen will, ein großes Sperrmoment und sichert damit dem Rad oder - bei mehr als zwei angetriebenen Rädern - den Rädern auf griffigem Boden auch im Extremfall noch das notwendige Antriebsmoment. Eine übliche mittelgroße solche Viskosekupplung behindert den Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt und erzeugt nur ein begrenztes Sperrmoment. Dadurch entstehen bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn schon erhöhter Reifenverschleiß und erhöhte Lenkkräfte, Leistungsverluste und erhöhter Kraftstoffverbrauch. Dadurch reicht, wenn ein Rad durchdreht, das Antriebsmoment am noch greifenden Rad oder - bei mehr als zwei angetriebenen Rädern - an den noch greifenden Rädern in extremen Fahrzuständen nicht mehr aus, um den Antrieb des Fahrzeuges zu sichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viskosekupplung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die sowohl einen fast freien Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn gestattet als auch, wenn ein Rad wegen mangelhaftem Reibkontakt zum Boden durchdrehen will, ein sehr großes Sperrmoment erzeugt.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs erfüllt. Während bei geringen Relativdrehzahlen, wie sie bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn auftreten, die Arbeitskammer der Viskosekupplung nur eine geringe Flüssigkeitsmenge enthält und daher nur ein geringes Sperrmoment entsteht, das den Drehzahlausgleich kaum behindert, bewirkt die Pumpe bei größeren Relativdrehzahlen, wie sie beim Durchdrehen eines Rades entstehen, daß die Arbeitskammer bis zum Überlaufen gefüllt wird und die Viskosekupplung damit ein sehr großes Sperrmoment erzeugt.
Anspruch 2 gibt eine besonders einfache Bauart einer Pumpe an. Eine Pumpe dieser Art ist an sich bekannt (DE-PS 12 84 186, DE-PS 30 09 665), jedoch nicht in Verbindung mit einer Viskosekupplung nach dem Hauptanspruch.
Anspruch 3 fügt den Vorteil hinzu, daß die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer und damit das Drehmoment der Viskosekupplung noch zuverlässiger unterhalb einer vorgegebenen Relativdrehzahl gering und oberhalb dieser Relativdrehzahl sehr groß sind. Der Übergang von einem geringen Drehmoment, das den Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt kaum behindert, zu einem großen Drehmoment, das den Drehzahlausgleich stark begrenzt und damit den Antrieb des Fahrzeuges sichert und umgekehrt, erfolgt bei einer Relativdrehzahl knapp oberhalb eines höchsten Wertes, der bei Kurvenfahrt noch auftreten kann, innerhalb eines geringen Relativdrehzahl-Bereichs.
Anspruch 4 fügt Merkmale hinzu, mit denen das Relativdrehzahl-Sperrventil nach Anspruch 3 mit besonders einfachen Bauteilen platzsparend ausgeführt werden kann.
Anspruch 5 fügt Merkmale hinzu, mit denen ein Überhitzen und damit Schädigen der Viskosekupplung verhindert wird. Thermo-Sperrventile zur Regelung der Flüssigkeitsmenge in einer Arbeitskammer und damit zur Regelung des Drehmoments einer Viskosekupplung sind an sich bekannt (DE-PS 12 84 186), jedoch nicht in Verbindung mit einer Viskosekupplung nach dem Hauptanspruch.
Anspruch 6 fügt Merkmale hinzu, mit denen das Thermo-Sperrventil mit nur wenigen, einfachen, zusätzlichen Bauteilen dargestellt werden kann.
Anspruch 7 fügt ein Merkmal hinzu, mit dem der Bimetall-Kragstab vor bleibender Verformung besonders sicher geschützt wird.
Anspruch 8 bringt den Vorteil, daß eine zusätzliche Kragstabfeder entfällt.
Anspruch 9 bringt den Vorteil, daß die Funktion des Thermo-Sperrventils nicht durch bei Relativdrehzahl auftretende Flüssigkeitsreibungskräfte beeinflußt wird.
Anspruch 10 bringt den Vorteil, daß die Funktion des Thermo-Sperrventils nicht durch das Druckgefälle zwischen den beiden Kammern gestört wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Viskosekupplung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt, Fig. 2 einen Längsschnitt, Fig. 3 einen Längsschnitt.
Eine erste Baugruppe 1 und eine zweite Baugruppe 2 bilden ein teilweise mit einer Flüssigkeit gefülltes Gehäuse 1, 2. Eine Zwischenwand 3 ist fest mit der ersten Baugruppe 1 verbunden und teilt das Gehäuse 1, 2 in eine Arbeitskammer 4 und eine Vorratskammer 5. Ein Pumpenrotor 6 ist in der Vorratskammer 5 angeordnet und fest mit der zweiten Baugruppe 2 verbunden. Nahe ihrem äußeren Rand trägt die Zwischenwand 3 Staukörper 7, die axial in die Vorratskammer 5 hineinragen. In Umfangsrichtung beidseits der Staukörper 7 weist die Zwischenwand 3 Abzugscffnungen 8 auf.
Bei einer Relativdrehzahl zwischen der Baugruppe 1 und der Baugruppe 2 wirken der Pumpenrotor 6, die Staukörper 7 und die Abzugsdffnungen 8 als Pumpe 6, 7, 8 zusammen und fördern Flüssigkeit aus der Vorratskammer 5 in die Arbeitskammer 4. Mit ihrem inneren Rand trägt die Zwischenwand 3 einen Lagerring 9 und auf diesem Lagerring 9 eine Lagerscheibe 10, eine Wellringfeder 11 und eine Scheibe 12. Die Wellringfeder 11 drückt die Scheibe 12 axial gegen die Zwischenwand 3. Die Scheibe 12 ist zu der Zwischenwand 3 drehbar, begrenzt durch einen Nietzapfen 13 an der Zwischenwand 3 in einem Fenster 14 der Scheibe 12. Eine Kreisring-Schenkelfeder 15, in einem mittleren Bereich geführt durch einen Haken 16 an der Scheibe 12, mit ihren nach radial außen weisenden Schenkeln 17 anliegend an dem Nietzapfen 13 und/oder einem axialen Steg 18 der Scheibe 12, wirkt als Rückstellfeder 15 und hält die Scheibe 12 relativ zu der Zwischenwand 3 in einer mittleren, ersten Stellung, in der erste Durchbrüche 19, 20 in der Form von radialen Schlitzen 19, 20 in der Zwischenwand 3 und in der Scheibe 12 eine offene Rücklaufleitung 19, 20 bilden, durch die Flüssigkeit aus der Arbeitskammer 4 in die Vorratskammer 5 zurückfließt.
Mit der Scheibe 12 ist über Stützniete 21 eine Deckscheibe 22 fest verbunden. Axial neben der Deckscheibe 22 angeordnet, ist eine Schleppscheibe 23 mit der zweiten Baugruppe 2 drehfest verbunden. Bei einer Relativdrehzahl zwischen der ersten Baugruppe 1 und der zweiten Baugruppe 2 erzeugt Flüssigkeit in einem engen Spalt 24 zwischen der Schleppscheibe 23 und der Deckscheibe 22 ein Schleppmoment auf die Deckscheibe 22 und über die Stützniete 21 auf die Scheibe 12. Wird dieses Schleppmoment mit steigender Relativdrehzahl größer als ein Haltemoment durch eine Vorspannkraft der Rückstellfeder 15, dreht sich die Scheibe 12 relativ zu der Zwischenwand 3 in eine zweite Stellung, in der Stege 37 zwischen den Schlitzen 19 der Zwischenwand 3 die Schlitze 20 der Scheibe 12 und Stege 25 zwischen den Schlitzen 20 der Scheibe 12 die Schlitze 19 der Zwischenwand 3 mit ebenen Dichtflächen 26 verschließen, ein durch die Zwischenwand 3 und die Scheibe 12 gebildetes Relativdrehzahl-Sperrventil 3, 12 damit geschlossen ist und Flüssigkeit nur noch durch eine Uberlauföffnung 27 radial innerhalb des Lagerringes 9 von der Arbeitskammer 4 in die Vorratskammer 5 zurückfließt.
Die Pumpe 6, 7, 8 und das Relativdrehzahl-Sperrventil 3, 12 zusammen bewirken, daß die Arbeitskammer 4 der Viskose-Kupplung bei geringen Relativdrehzahlen nur eine geringe Flüssigkeitsmenge enthält und die Viskosekupplung nur ein sehr geringes Drehmoment erzeugt, daß beim Überschreiten einer vorbestimmten Relativdrehzahl die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 steigt und die Viskosekupplung damit ein sehr großes Drehmoment erreicht, und daß beim Unterschreiten dieser vorbestimmten Relativdrehzahl die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 wieder abnimmt und das Drehmoment der Viskosekupplung wieder sehr gering wird.
An der Scheibe 12 sind mit Nieten 28 Kragstabfedern 29 und Bimetall-Kragstäbe 30 befestigt. Die Kragstabfedern 29 bilden mit ihrem freien Ende 31 Schließglieder 31, die, mit einer geringen Vorspannung der Kragstabfedern 29, in einer ersten Stellung zweite Durchbrüche 32 in der Scheibe 12 verschließen. Das freie Ende 31 der Kragstabfeder 29 trägt einen hakenförmig umgebogenen Fortsatz 33. Die Bimetall-Kragstäbe 30 ragen mit ihrem freien Ende 34 in einen Zwischenraum 35 zwischen dem Fortsatz 33 und dem freien Ende 31 der Kragstabfeder 29.
Beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur biegt sich der Bimetall-Kragstab 30 als Wärmedehnglied 30, ergreift sein freies Ende 34 den Fortsatz 33, hebt damit das freie Ende 31 der Kragstabfeder 29 als Schließglied 31 von dem Durchbruch 32 in der Scheibe 12 ab, bilden die zweiten Durchbrüche 32 in der Scheibe 12 zusammen mit zweiten Durchbrüchen 36 in der Zwischenwand 3 offene Rücklaufleitungen 32, 36, durch die Flüssigkeit von der Arbeitskammer 4 in die Vorratskammer 5 zurückfließt.
Beim Unterschreiten dieser vorgegebenen Temperatur streckt sich der Bimetall-Kragstab 30 wieder, gibt sein freies Ende 34 den Fortsatz 33 wieder frei, schließt das freie Ende 31 der Kragstabfeder 29 wieder den Durchbruch 32 und damit die zweite Rücklauf leitung 32, 36, kann die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 und damit das Drehmoment der Viskosekupplung wieder steigen.
Das freie Ende 31 der Kragstabfeder 29 und die Scheibe 12 bilden damit ein Thermo-Sperrventil 12, 31.
Das Relativdrehzahl-Sperrventil 3, 12 mit ersten Rücklaufleitungen 19, 20 und das Thermo-Sperrventil 12, 31 mit zweiten Rücklaufleitungen 32, 36 öffnen und schließen unabhängig voneinander. Nur dann, wenn sowohl das Relativdrehzahl-Sperrventil 3, 12 als auch das Thermo-Sperrventil 12, 31 geschlossen ist, nur dann, wenn gleichzeitig eine vorbestimmte Relativdrehzahl überschritten und eine vorbestimmte Temperatur unterschritten sind, steigt die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 bis zum Überlaufen durch die Überlauföffnung 27, erzeugt die Viskosekupplung ein großes Sperrmoment. Wenn auch nur eines der beiden Ventile 3, 12 oder 12, 31 offen ist, bleibt die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 und damit das Drehmoment der Viskosekupplung gering.
Bezugszeichen 1 erste Baugruppe 2 zweite Baugruppe 3 Zwischenwand 4 Arbeitskammer, Kammer 5 Vorratskammer, Kammer 6 Pumpenrotor 7 Staukörper 8 Abzugsöffnung 9 Lagerring 10 Lagerscheibe 11 Wellringfeder 12 (erstes) Schließglied, Scheibe 13 Nietzapfen 14 Fenster 15 Rückstellfeder, Kreisring-Schenkelfeder 16 Haken 17 Schenkel 18 Steg 19 erster Durchbruch, Schlitz, erste Rücklaufleitung 20 erster Durchbruch, Schlitz, erste Rücklaufleitung 21 Sttzniet 22 Deckscheibe 23 Schleppscheibe 24 Spalt 25 Steg 26 Dichtfläche 27 Überlauföffnung 28 Niet 29 Kragstabfeder, Rückstellfeder 30 Bimetall-Kragstab 31 zweites Schließglied, freies Ende 32 zweiter Durchbruch, zweite Rücklaufleitung 33 Fortsatz 34 freies Ende 35 Zwischenraum 36 zweiter Durchbruch, zweite Rücklauf leitung 37 Steg

Claims

Viskosekupplung mit Füllungsregelung Anspriiche 1. Viskosekupplung als Sperrkupplung für Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe, mit einer ersten Baugruppe mit mindestens einer ersten Arbeitsfläche, mit einer zweiten Baugruppe mit mindestens einer zweiten Arbeitsfläche, welche Baugruppen ein Gehäuse bilden mit einer Flüssigkeit, welche Flüssigkeit in einem engen Spalt zwischen den Arbeitsflächen bei einer Relativdrehzahl ein mit steigender Relativdrehzahl steigendes Drehmoment zwischen den Baugruppen erzeugt, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß - eine Zwischenwand (3) das Gehäuse (1, 2) in eine Arbeitskammer (4) mit den Arbeitsflächen und in eine Vorratskammer (5) teilt, - eine im Gehäuse (1, 2) angeordnete Pumpe (6, 7, 8) bei einer Relativdrehzahl Flüssigkeit aus der Vorratskammer (5) in die Arbeitskammer (4) fördert.
2. Viskosekupplung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Pumpe (6, 7, 8) eine Staukörperpumpe (6, 7, 8) ist.
3. Viskosekupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß - eine erste Rücklaufleitung (19, 20) die beiden Kammern (4, 5) radial außen miteinander verbindet, - die Zwischenwand (3) mit der ersten Baugruppe (1) verbunden ist, - eine Schleppscheibe (23) mit der zweiten Baugruppe (2) verbunden ist, axial zwischen der Zwischenwand (3) und der Schleppscheibe (23) ein zu der Zwischenwand (3) begrenzt drehbares erstes Schließglied (12) angeordnet ist, eine zwischen der Zwischenwand (3) und dem Schließglied (12) angeordnete Rückstellfeder (15) das Schließglied (12) in einer ersten Stellung hält, in der das Schließglied (12) die Rücklaufleitung (19, 20) offenläßt, die von der Pumpe (6, 7, 8) aus der Vorratskammer (5) in die Arbeitskammer (4) geförderte Flüssigkeit durch die Rücklaufleitung (19, 20) in die Vorratskammer (5) zurückfließt, die Arbeitskammer (4) nur eine geringe Flüssigkeitsmenge enthält und das Drehmoment der Viskosekupplung gering bleibt, eine Flüssigkeitsreibungskraft einer Flüssigkeit in einem engen Spalt (24) zwischen der Schleppscheibe (23) und dem Schließglied (12) beim Uberschreiten einer vorgegebenen Relativdrehzahl entgegen einer Kraft der Rückstellfeder (15) das Schließglied (12) in eine zweite Stellung bewegt, in der das Schließglied (12) die Rücklaufleitung (19, 20) schließt, die Pumpe (6, 7, 8) die Arbeitskammer (4) bis zum Überlaufen durch eine radial innere Überlauföffnung (27) in der Zwischenwand (3) füllt und das Drehmoment der Viskosekupplung auf einen großen Wert ansteigt, das Schließglied (12) damit ein Element eines Relativdrehzahl-Sperrventils (3, 12) ist.
4. Viskosekupplung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Schließglied (12) eine zu der Zwischenwand (3) konzentrisch gelagerte Scheibe (12) ist, die Scheibe (12) und die Zwischenwand (3), in Achsrichtung gesehen, deckungsgleiche erste Durchbrüche (19, 20) aufweisen in Form von radial außen auf einer Umfangslinie verteilten radialen Schlitzen (19, 20), mit Stegen (25, 37) zwischen den Schlitzen (19, 20), - in der ersten Stellung der Scheibe (12) die Schlitze (19, 20) ein System von parallel wirkenden Rücklaufleitungen (19, 20) mit insgesamt großem Strömungsquerschnitt bilden, - in der zweiten Stellung der Scheibe (12) die Stege (25) der Scheibe (12) die Schlitze (19) der Zwischenwand (3) und/oder die Stege (37) der Zwischenwand (3) die Schlitze (20) der Scheibe (12) mit ebenen Dichtflächen (26) verschließen.
5. Viskosekupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß - eine zweite Rücklaufleitung (32, 36) die beiden Kammern (4, 5) radial außen miteinander verbindet, - eine Temperatur in der Viskosekupplung über ein Wärmedehnglied (30) einen Thermo-Stellweg mit einer Thermo-Stellkraft erzeugt, - die Thermo-Stellkraft entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (29) ein zweites Schließglied (31) bewegt, - das Schließglied (31) beim Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur die Rücklaufleitung (32, 36) schließt und beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur öffnet, - das Schließglied (31) damit ein Element (31) eines Thermo-Sperrventils (12, 31) ist.
6. Viskosekupplung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß - die Scheibe (12) und die Zwischenwand (3) zweite Durchbrüche (32, 36) aufweisen, die so groß und einander so zugeordnet sind, daß sie in jeder Stellung der Scheibe (12) relativ zu der Zwischenwand (3) die zweite Rücklaufleitung (32, 36) bilden, die nur von dem zweiten Schließglied (31) geschlossen werden ka.nn, - ein an der Scheibe (12) befestigter Bimetall-Kragstab (30) das Wärmedehnglied (30) bildet, - eine an der Scheibe (12) befestigte Kragstabfeder (29) mit einem freien Ende (31) das zweite Schließglied (31) bildet, - in einer ersten Stellung des Thermo-Sperrventils (31, 32), beim Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur, das zweite Schließglied (31) mit einer geringen Vorspannkraft der Kragstabfeder (29) den zweiten Durchbruch (32) in der Scheibe (12) und damit die zweite Rücklaufleitung (32, 36) schließt, - in einer zweiten Stellung des Thermo-Sperrventils (31, 32), beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur, der Bimetall-Kragstab (30) gegen die Vorspannkraft der Kragstabfeder (29) mit seinem freien Ende (34) das zweite SchlieB-glied (31), das freie Ende (31) der Kragstabfeder (29) von dem zweiten Durchbruch (32) in der Scheibe (12) abhebt und damit die zweite Rücklauf leitung (32, 36) öffnet.
7. Viskosekupplung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kragstabfeder (29) an ihrem freien Ende (31) einen hakenförmig umgebogenen Fortsatz (33) aufweist, das freie Ende (34) des Bimetall-Kragstabes (30) in einen Zwischenraum (35) zwischen dem Fortsatz (33) und dem freien Ende (31) der Kragstabfeder (29) hineinragt, sich in dem Zwischenraum (35) frei bewegt und nur beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur den Fortsatz (33) berührt, um das Thermo-Sperrventil (12, 31) zu öffnen.
8. Viskosekupplung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Bimetall-Kragstab (30) zusätzlich die Kragstabfeder (29) und damit auch das zweite Schließglied (31) bildet.
9. Viskosekupplung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schließglied (31) sich achsparallel bewegt.
10. Viskosekupplung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schließglied (31) sich in einer zur Drehachse senkrechten Ebene bewegt.