DE10017131C2 - Axialverstellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialverstellvorrichtung - insbeson­ dere zum Belasten der Reiblamellen einer Reibungskupplung oder zum Festsetzen der Viscolamellen einer Viscokupplung - umfassend zwei in einem Gehäuse koaxial gelagerte gegeneinander drehbare Teile, eine Pumpenanordnung, deren Gehäuseteile mit dem einem der Teile und deren Förderelemente mit dem anderen der Teile so verbunden sind, daß bei relativer Drehung der Teile zueinander eine Fluidförderung in der Pumpenanordnung stattfindet, ein Reservoir für Fluid mit veränderlichem Volumen, einen durch einen Axialkolben begrenzten Druckraum, eine Fluidverbindung vom Reservoir zum Druckraum über die Pumpenanordnung und eine Druckleitung, eine Fluidverbindung vom Druckraum zum Reservoir über eine Bypassleitung mit einem Magnetventil.

Axialverstellvorrichtungen der genannten Art werden beispiels­ weise zur Betätigung von Reibungskupplungen mit abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Reiblamellen verwendet, in denen ersten Reiblamellen der Reibungskupplung mit dem ersten der Teile drehfest verbunden sind, zweite Reiblamellen der Reibungs­ kupplung mit dem zweiten der Teile drehfest verbunden sind, die Reiblamellen insgesamt an einem Ende an einem der Teile axial abgestützt werden und die Reiblamellen insgesamt am anderen Ende vom Axialkolben der Axialverstellvorrichtung beaufschlagt wer­ den. Axialverstellvorrichtungen dieser Art werden auch in Visco­ kupplungen mit abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Vis­ colamellen verwendet, bei denen erste Viscolamellen der Visco­ kupplung mit dem ersten der Teile drehfest verbunden sind, zweite Viscolamellen der Viscokupplung frei drehbar gegenüber den beiden Teilen angeordnet sind und Klemmringe mit größerer Dicke als die ersten Viscolamellen jeweils zwischen den zweiten Visco­ lamellen angeordnet und mit dem zweiten der Teile drehfest ver­ bunden sind und die Gesamtheit der zweiten Viscolamellen der Klemmringe an einem Ende an einem der Teile axial abgestützt ist und die Gesamtheit der zweiten Viscolamellen und der Klemmringe am anderen Ende vom Axialkolben der Axialverstellvorrichtung beaufschlagbar ist.

Kupplungsanordnungen der genannten Art werden im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen mit einer ständig angetriebenen Achse und einer bedarfsweise angetriebenen Achse verwendet und sind hier­ bei so angeordnet, daß sie die bedarfsweise angetriebene Achse differenzdrehzahlabhängig zuschalten. Dies bedeutet, daß bei einem Schlupf an der ständig angetriebenen Achse, der zu einem Differenzwert zwischen den Drehzahlen der beiden Achsen führt, die Lamellenkupplung geschlossen wird, um die weitere Achse ebenfalls anzutreiben. Eine Vorrichtung dieser Art ist bei­ spielsweise aus der DE 198 60 532 A1 bekannt.

Es ist bereits im Zusammenhang mit einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen worden, daß von der Pumpenanordnung gefördertes Fluid über eine gesteuerte Bypassleitung aus dem Druckraum zu­ rück ins Reservoir gelangen kann. Dies dient jedoch der reinen Überdruckabsteuerung über ein Überdruckventil. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 195 05 800 A1.

Es ist weiterhin grundsätzlich bekannt, daß die genannten Vor­ richtungen eine extern ansteuerbare Abschaltfunktion benötigen, um mit ABS-Systemen oder ESP-Systemen kompatibel zu sein. Hier­ für geeignete magnetisch angesteuerte mechanische Entriegelungs­ vorrichtungen sind z. B. in der DE 39 11 122 C1 beschrieben.

Die für ABS- oder EBS-Systeme gewünschte Abschaltung von Kupp­ lungsanordnungen der genannten Art im Antriebsstrang wird nach dem Stand der Technik in der Regel über eine in einem stationä­ ren Gehäuse befindliche Axialverstellvorrichtung realisiert, das sich über ein unter Last stehendes Axiallager gegen einen rotie­ renden Teil der Kupplung abstützt. Nachteilig ist hierbei, daß die Differenzdrehzahl das so belasteten Axiallagers gleich der Kupplungsdrehzahl ist. Dies begrenzt die Lebensdauer der ge­ samten Kupplungseinheit. Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte Haldex Limited Slip Coupling. Ein anderes Beispiel hierfür ist eine sogenannte Powr-Lok® Kupplung.

Die DE 34 30 465 C1 zeigt eine Kupplungsanordnung mit einer Viscokupplung und einer hierzu in Reihe geschalteten Reibkupp­ lung. Bei Anliegen einer Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle wird ein Kolben durch die Volumenvergrößerung des Mediums der Viscokupplung in Richtung Reibkupplung verscho­ ben, so daß letztere beaufschlagt wird. Die Reibkupplung ist gegen einen Ringflansch abgestützt, welcher mit einem Elektro­ magneten zusammenwirkt. Zum schnellen Lösen der Kupplung, bei­ spielsweise bei Betätigung eines ABS-Bremssystems, übt der Elektromagnet eine Zugkraft auf den Ringflansch aus, wodurch die Kupplungsanordnung vollständig freigeschaltet wird.

Die JP 10 030 656 A zeigt eine Kupplungsanordnung zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer Hauptkupplung, welche im Normalbetrieb mittels einer ersten Druckkraft-Erzeu­ gungseinrichtung in Form einer Visco-Pumpe sowie bei besonderen Betriebssituationen mittels einer der ersten gegenüberliegenden zweiten Druckkraft-Erzeugungseinrichtung zusätzlich axial beauf­ schlagt werden kann. Dabei umfaßt die zweite Druckkraft-Erzeu­ gungseinrichtung eine Reibkupplung und einen Mitnehmermecha­ nismus. Die Reibkupplung wird mittels einer Steuereinheit in Form eines Elektromagneten betätigt, wodurch die Mitnehmerein­ heit geschlossen und die Hauptkupplung zusätzlich beaufschlagt wird. Mittel zum Abschalten der Hauptkupplung bei besonderen Betriebsbedingungen sind nicht vorgesehen.

Aus der DE 44 44 027 A1 ist ein Ausgleichsgetriebe mit einer Kupplungsanordnung bekannt. In dem Kupplungsgehäuse sind zwei Reibungskupplungen zum Antrieb von Achswellen und zwei Betäti­ gungsvorrichtungen in Form von Visco-Pumpen zum Betätigen der Reibungskupplungen bei Drehzahldifferenz der beiden Achswellen vorgesehen. Bei hohen Drehzahlen bewirkt ein Ventilkörper eine Kurzschlußverbindung zwischen den Scherkanälen und dem Reservoir der Visco-Pumpen, so daß die Kupplungen bei hohen Fahrzeugge­ schwindigkeiten keine Sperrwirkung aufbauen können.

Die EP 0 926 378 A2 zeigt eine Kupplungsanordnung mit einer Reibungskupplung, welche mittels einer Hydropumpe in Form einer Zahnringmaschine betätigt wird. Dabei fördert die Hydropumpe bei anliegender Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebs­ welle Öl in eine Kammer, so daß ein die Kammer axial begrenzen­ der Kolben in Richtung Reibungskupplung bewegt wird und diese beaufschlagt. Der Hydropumpe vorgeschaltete Ventile verhindern den Rückfluß des Öls beim Stillstand der Hydropumpe. Mittel zum Abschalten der Kupplungsanordnung bei besonderen Betriebsbedin­ gungen sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialverstellvor­ richtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die die externe Abschaltfunktion mit einfachen Mitteln darstellt. Die Lösung hierfür besteht darin, daß eine Primärspule im festste­ henden Gehäuse angeordnet ist, die extern gesteuert erregbar ist, daß eine Sekundärspule in einem der Teile angeordnet ist, die berührungslos von der Primärspule erregbar ist, und daß das Magnetventil von der Sekundärspule bei Erregung durch die Pri­ märspule im Öffnungssinn ansteuerbar ist. Die Pumpenanordnung kann hierbei als Zahnradpumpe oder als Scherpumpe (System Visco Lok®) oder als Axialkolbenpumpe ausgebildet werden. In außer­ ordentlicher vorteilhafter Weise ist die Anordnung zur Betäti­ gung des Magnetventils im Bypass zu der Pumpenanordnung voll­ kommen reibungslos und mit Ausnahme des Magnetventils selber verschleißfrei.

Um die Funktionsfähigkeit auch für den Fall sicherzustellen, daß die Teile der Axialverstellvorrichtung und damit in der Regel die Teile der Kupplungsanordnung sich nicht drehen, ist es er­ forderlich, die Primärspule mit einem Wechselfeld zu versorgen. Sofern davon ausgegangen wird, daß der erforderliche Eingriff nur bei Anliegen einer Drehzahl erforderlich wird, genügt auch die Erregung der Primärspule mit einer Gleichspannung.

Der Normalfall wird darin zu sehen sein, daß das Magnetventil nur nach einer Auf/Zu-Funktion gesteuert wird. Ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen ist es auch denkbar, ein Regelventil vorzusehen, dessen Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von einer drehzahldifferenzabhängigen Steuerspannung vergrößert wird.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung liegt in einem äußerst spontanen Ansprechen, durch das ein Zu­ rückführen des Stellweges in Zeiten unter 20 msec möglich ist.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ stehend anhand der Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung im Zusammenbau mit einer Reibungskupplung;

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Axialverstellvorrichtung im Zusammenbau mit einer Viscokupplung.

Fig. 1 zeigt eine Kupplungsvorrichtung 11, in der eine Lamel­ lenkupplung 18 mit einer Axialverstellvorrichtung 25 verbaut ist. Die aus beiden gebildete Kupplungsvorrichtung 11 ist in einem feststehenden Gehäuse 12 gelagert, das nur abschnittsweise dargestellt ist. Die Kupplungsvorrichtung 11 umfaßt zwei Teile, nämlich eine Welle 13 und einen Korb 14, die ihrerseits relativ zueinander drehbar sind. Ein Kugellager 15 dient der Lagerung der Kupplungsvorrichtung im Gehäuse 12. Ein Nadellager 16 und ein Kugellager 17 dienen der relativen Lagerung von Welle 13 und Korb 14 zueinander. Die Lamellenkupplung 18 umfaßt Außenlamellen 19, die unmittelbar im Korb 14 auf einer Innenverzahnung 20 drehfest gehalten sind, und Innenlamellen 21, die unmittelbar auf einer Außenverzahnung 22 eines Nabenkörpers 23 verdrehfest gehalten sind. Der Nabenkörper 23 ist über einen Verzahnungsein­ griff mit der Welle 13 verbunden. Die Lamellen stützen sich an einer Stirnwand des Korbes 14 ab. Sie werden von einer Druckplatte 24 axial beaufschlagt, auf die ein Axialkolben 26 der Axialverstellvorrichtung 25 einwirkt. Der Axialkolben 26 stützt sich über Tellerfedern 27 am Korb 14 ab und begrenzt auf der gegenüberliegenden Seite einen Druckraum 28, der über eine Druckleitung 29 durch eine Zahnradpumpe 32 mit Fluid versorgt wird, das über eine Saugleitung 41 (die in einer anderen Schnittebene liegt) aus einem Reservoir 30 im Korb 14 gefördert wird. Dieses wird durch einen Teil des Korbes 14 gebildet und durch einen Ringzylinder 31 begrenzt. Die Zahnradpumpe 32 umfaßt ein mit dem Nabenkörper 23 verbundenes Sonnenrad 33 und ein im Korb 14 gelagertes Planetenrad 34. Vom Druckraum 28 zum Reser­ voir 30 ist eine Bypassleitung 35 vorgesehen, die von einem Magnetventil 36 steuerbar ist. Das Magnetventil 36 wird über eine Leitung 39 von einer Sekundärspule 37 angesteuert, die innerhalb des Korbs 14 untergebracht ist. Die Sekundärspule 37 wird von einer Primärspule 38 berührungslos erregt, die im Ge­ häuse 12 fest eingebaut ist und der über eine Leitung 40 Strom zugeführt wird. Die Wirkungsweise der Kupplungsanordnung ist weitgehend bekannt. Bei relativer Drehzahl der Welle 13 gegen­ über dem Korb 14 tritt die Zahnradpumpe 32 in Betrieb, die aus dem Reservoir 30 Medium in den Druckraum 28 fördert. Hierdurch wird der Axialkolben 26 gegen die Rückstellkraft der Feder 27 auf die Druckplatte 24 geschoben, die das Lamellenpaket der Reibungskupplung 18 zusammendrückt und somit den Korb 14 gegen­ über der Nabe 23/der Welle 13 abbremst. Infolge eines solchen relativen Abbremsens wird die Förderung der Pumpe zurückgenom­ men, so daß die Tellerfedern 27 den Kolben 26 wieder zurück­ drängen und die Kupplung 18 langsam geöffnet wird. Bei diesen Vorgängen ist das Magnetventil 36 geschlossen. Wird die Primärspule 38 erregt, so findet gleichzeitig die berührungslose Erre­ gung der Sekundärspule 37 statt, die das Magnetventil öffnet. Hiermit kann Medium aus dem Druckraum 28 sofort über die Bypass­ leitung 35 in das Reservoir 30 zurückfließen, so daß das zuvor beschriebene Zurückdrängen des Axialkolbens 26 durch die Tel­ lerfedern 27 schlagartig erfolgt im Vergleich mit dem zuvor beschriebenen langsamen Zurückfließen über die Druckleitung und die Zahnradpumpe 32.

Fig. 2 zeigt eine Kupplungsvorrichtung 11, in der eine Visco­ kupplung 18' mit einer Axialverstellvorrichtung 25 verbaut ist. Die aus beiden gebildete Kupplungseinheit 11 ist in einem fest­ stehenden Gehäuse 12 gelagert, das nur abschnittsweise darge­ stellt ist. Die Kupplungsvorrichtung 11 umfaßt zwei Teile, näm­ lich eine Welle 13 und einen Korb 14, die ihrerseits relativ zueinander drehbar sind. Ein Lager 15 dient der Lagerung der Kupplungsvorrichtung 11 im Gehäuse 12. Ein Nadellager 16 und ein Kugellager 17 dienen der relativen Lagerung von Welle 13 und Korb 14 zueinander. Die Viscokupplung 18' umfaßt abwechselnd angeordnete Außenlamellen 19' und Distanzscheiben 19", wobei letztere unmittelbar im Korb 14 auf einer Innenverzahnung 20 drehfest gehalten sind, und Innenlamellen 21', die unmittelbar auf einer Außenverzahnung 22 eines Nabenkörpers 23 verdrehfest gehalten sind. Die Dicke der Distanzscheiben 19" ist größer als die Dicke der Innenlamellen 21'. Der Nabenkörper 23 ist über einen Verzahnungseingriff drehfest mit der Welle 13 verbunden. Die Lamellen stützen sich an einer Stirnwand des Korbes 14 ab und werden von einer Druckplatte 24 axial beaufschlagt, auf die ein Axialkolben 26 der Axialverstellvorrichtung 25 einwirkt. Der Axialkolben 26 stützt sich über Tellerfedern 27 am Korb 14 ab und begrenzt auf der gegenüberliegenden Seite einen Druckraum 28, der über eine Druckleitung 29 durch eine Zahnradpumpe 32 mit Fluid versorgt wird, das über eine Saugleitung 41 (die in einer anderen Schnittebene liegt) aus einem Reservoir 30 im Korb 14 gefördert wird. Dieses wird durch einen Teil des Korbes 14 gebildet und durch einen Ringzylinder 31 begrenzt. Die Zahnradpum­ pe umfaßt ein mit dem Nabenkörper 23 verbundenes Sonnenrad 33 und ein im Korb 14 gelagertes Planetenrad 34. Vom Druckraum 28 zum Reservoir 30 ist eine Bypassleitung 35 vorgesehen, die von einem Magnetventil 36 steuerbar ist. Das Magnetventil 36 wird über eine Leitung 39 von einer Sekundärspule 37 angesteuert, die innerhalb des Korbs 14 untergebracht ist. Die Sekundärspule 37 wird von einer Primärspule 38 berührungslos erregt, die im Ge­ häuse 12 fest eingebaut ist und der über eine Leitung 40 Strom zugeführt wird. Die Wirkungsweise der Kupplungsanordnung ist weitgehend bekannt. Bei relativer Drehzahl der Welle 13 gegen­ über dem Korb 14 tritt die Zahnradpumpe 32 in Betrieb, die aus dem Reservoir 30 Medium in den Druckraum 28 fördert. Hierdurch wird der Axialkolben 26 gegen die Rückstellkraft der Feder 27 auf die Druckplatte 24 geschoben, die das Lamellenpaket der Reibungskupplung 18 zusammendrückt und somit den Korb 14 gegen­ über der Nabe 23/der Welle 13 abbremst. Infolge eines solchen relativen Abbremsens wird die Förderung der Pumpe zurückgenom­ men, so daß die Tellerfedern 27 den Kolben 26 wieder zurück­ drängen und die Kupplung 18 langsam geöffnet wird. Bei diesen Vorgängen ist das Magnetventil 36 geschlossen. Wird die Primär­ spule 38 erregt, so findet gleichzeitig die berührungslose Erre­ gung der Sekundärspule 37 statt, die das Magnetventil öffnet. Hiermit kann Medium aus dem Druckraum 28 sofort über die Bypass­ leitung 35 in das Reservoir 30 zurückfließen, so daß das zuvor beschriebene Zurückdrängen des Axialkolbens 26 durch die Tel­ lerfedern 27 schlagartig erfolgt im Vergleich mit dem zuvor beschriebenen langsamen Zurückfließen über die Druckleitung und die Zahnradpumpe 32.

Bezugszeichenliste

11

Kupplungsvorrichtung

12

Gehäuse

13

Welle

14

Korb

15

Lager

16

Nadellager

17

Kugellager

18

Lamellenkupplung/Viscokupplung

19

Außenlamellen, Klemmscheiben

20

Innenverzahnung

21

Innenlamellen

22

Außenverzahnung

23

Nabenkörper

24

Druckplatte

25

Axialverstellvorrichtung

26

Axialkolben

27

Tellerfeder

28

Druckraum

29

Druckleitung

30

Reservoir

31

Ringzylinder

32

Zahnradpumpe

33

Sonnenrad

34

Planetenrad

35

Bypassleitung

36

Magnetventil

37

Sekundärspule

38

Primärspule

39

Leitung

40

Leitung

41

Saugleitung

Claims (6)

1. Axialverstellvorrichtung - insbesondere zum Belasten der Reiblamellen einer Reibungskupplung oder zum Festsetzen der Viscolamellen einer Viscokupplung - umfassend
zwei in einem Gehäuse (12) koaxial gelagerte gegenein­ ander drehbare Teile (13, 14),
eine Pumpenanordnung (32), deren Gehäuseteile mit dem einem der Teile (14) und deren Förderelemente mit dem anderen der Teile (13) so verbunden sind, daß bei relativer Drehung der Teile (13, 14) zueinander eine Fluidförderung in der Pumpenanordnung stattfindet,
ein Reservoir (30) für Fluid mit veränderlichem Volu­ men,
einen durch einen Axialkolben (26) begrenzten Druckraum (28),
eine Fluidverbindung vom Reservoir zum Druckraum über die Pumpenanordnung (32) und eine Druckleitung (29),
eine Fluidverbindung vom Druckraum zum Reservoir über eine Bypassleitung (35) mit einem Magnetventil (36),
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Primärspule (38) im feststehenden Gehäuse (12) angeordnet ist, die extern gesteuert erregbar ist, daß eine Sekundärspule (37) in einem der Teile angeordnet ist, die berührungslos von der Primärspule (38) erregbar ist, und
daß das Magnetventil (36) von der Sekundärspule (37) bei Erregung durch die Primärspule (38) im Öffnungssinn an­ steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung (32) eine Zahnradpumpe ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung eine Scherpumpe (System Visco Lok®) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung eine Axialkolbenpumpe ist.

5. Verwendung einer Axialverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Reibungskupplung mit abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Reiblamellen, dadurch gekennzeichnet,
daß erste Reiblamellen der Reibungskupplung mit dem ersten der Teile (13, 14) drehfest verbunden werden,
daß zweite Reiblamellen der Reibungskupplung mit dem zwei­ ten der Teile (13, 14) drehfest verbunden werden,
daß die Reiblamellen (19, 21) insgesamt an einem Ende an einem der Teile (13, 14) axial abgestützt werden und
daß die Reiblamellen (19, 21) insgesamt am anderen Ende vom Axialkolben (26) beaufschlagt werden.

6. Verwendung einer Axialverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Viscokupplung mit abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Viscolamellen, dadurch gekennzeichnet,
daß erste Viscolamellen (21') der Viscokupplung mit dem ersten der Teile (13, 14) drehfest verbunden werden,
daß zweite Viscolamellen (19') der Viscokupplung frei dreh­ bar gegenüber den Teilen (13, 14) angeordnet werden,
daß Klemmringe (19") mit größerer Dicke als die ersten Viscolamellen (21') jeweils zwischen den zweiten Viscola­ mellen (19') angeordnet und mit dem zweiten der Teile (13, 14) drehfest verbunden werden,
daß die Gesamtheit der zweiten Viscolamellen (19') und der Klemmringe (19") an einem Ende an einem der Teile (13, 14) axial abgestützt wird und
daß die Gesamtheit der zweiten Viscolamellen (19') und der Klemmringe (19") am anderen Ende vom Axialkolben (26) beaufschlagbar ist.