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Patent Searching and Data


Title:
VISCOUS CLUTCH WITH FILLING ADJUSTMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1986/002132
Kind Code:
A1
Abstract:
A viscous clutch for use as an engaging clutch for a vehicle differential gear system, with a working chamber (4) and a storage chamber (5). A pump (6, 7, 8) supplies liquid from the storage chamber (5) into the working chamber (4). When a pre-set relative rotation speed is exceeded, first valve (3, 12) closes a first return flow line (19, 20); when a pre-set temperature is exceeded a second valve (12, 31) opens a second return line (32, 36) from the working chamber (4) to the storage chamber (5). The torque and heat loss of the viscous clutch are low at a low relative rotation speed and/or high temperature. The torque is large only when the valves simultaneously exceed a pre-set relative rotation speed and fall below a pre-set temperature.

Inventors:
GAZYAKAN UENAL (DE)
EHRLINGER FRIEDRICH (DE)
Application Number:
PCT/EP1985/000508
Publication Date:
April 10, 1986
Filing Date:
October 01, 1985
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
F16D35/00; F16D35/02; F16H48/26; (IPC1-7): F16D35/00; F16H1/455
Foreign References:
GB1128597A1968-09-25
FR1551318A1968-12-27
EP0089764A11983-09-28
DE1425251A11968-11-28
DE1245655B1967-07-27
DE2135791B21976-04-01
DE1284186B1968-11-28
DE3009665C21988-08-18
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Claims:
1. Viskosekupplung mit Füllungsregelung A n s p r ü c h e 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 Rela¬ tivdrehzahl ein mit steigender Relativdrehzahl steigendes Dreh¬ moment zwischen den Baugruppen erzeugt, dadurch g k e n n ¬ z e i c h n e t , daß eine Zwischenwand (3) das Gehäuse (1, 2) in eine Arbeits¬ kammer (4) mit den Arbeitsflächen und in eine Vorratskam¬ mer (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 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 Staukörper¬ pumpe (6, 7, 8) ist.
2. 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 Kam¬ mern (4, 5) radial außen miteinander verbindet, die Zwischenwand (3) mit der ersten Baugruppe (1) verbunden ist, eine Schleppscheibe (23) mit der zweiten Baugruppe (2) ver¬ bunden ist. 4 axial zwischen der Zwischenwand (3) und der Schleppschei¬ be (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 Pum¬ pe (6, 7, 8) aus der Vorratskammer (5) in die Arbeitskam¬ mer (4) geförderte Flüssigkeit durch die Rücklauflei¬ tung (19, 20) in die Vorratskammer (5) zurückfließt, die Arbeitskammer (4) nur eine geringe Flüssigkeitsmenge ent¬ hält 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 überschreiten 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 Zwi¬ schenwand (3) füllt und das Drehmoment der Viskosekupplung auf einen großen Wert ansteigt, das Schließglied (12) damit ein Element eines Relativdreh¬ zahlSperrventils (3, 12) ist.
3. 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) konzen¬ trisch gelagerte Scheibe (12) ist, die Scheibe (12) und die Zwischenwand (3) , in Achsrichtung gesehen, deckungsgleiche erste Durchbrüche (19, 20) aufwei¬ sen in Form von radial außen auf einer Umfangslinie ver¬ teilten radialen Schlitzen (19, 20) , mit Stegen (25, 37) zwischen den Schlitzen (19, 20), 1$ in der ersten Stellung der Scheibe (12) die Schlit¬ ze (19, 20) ein System von parallel wirkenden Rücklauf¬ leitungen (19, 20) mit insgesamt großem Strömungsquer¬ schnitt 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.
4. 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 Kam¬ mern (4, 5) radial außen miteinander verbindet, eine Temperatur in der Viskosekupplung über ein Wärmedehn¬ glied (30) einen ThermoStellweg mit einer ThermoStellkraft erzeugt, die ThermoStellkraft entgegen der Kraft einer Rückstell¬ feder (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.
5. 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 Durch¬ brüche (32, 36) aufweisen, die so groß und einander so zu¬ geordnet sind, daß sie in jeder Stellung der Scheibe (12) relativ zu der Zwischenwand (3) die zweite Rücklauflei¬ tung (32, 36) bilden, die nur von dem zweiten Schlie߬ glied (31) geschlossen werden kann, ein an der Scheibe (12) befestigter BimetallKragstab (30) das Wärmedehnglied (30) bildet, eine, an der Scheibe (12) befestigte Kragstabfeder (29) mit einem freien Ende (31) das zweite Schließglied (31) bildet. n in einer ersten Stellung des ThermoSperrventils (31, 32), beim Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur, das zweite Schließglied (31) mit einer geringen Vorspannkraft der Kragstabfeder (29) den zweiten Durchbrüch (32) in der Scheibe (12) und damit die zweite Rücklaufleitung (32, 36) schließt, in einer zweiten Stellung des ThermoSperrventils (31, 32) , beim überschreiten einer vorgegebenen Temperatur, der Bi¬ metallKragstab (30) gegen die Vorspannkraft der Kragstab¬ feder (29) mit seinem freien Ende (34) das zweite Schlie߬ glied (31) , das freie Ende (31) der Kragstabfeder (29) von dem zweiten Durchbruch (32) in der Scheibe (12) abhebt und damit die zweite Rücklaufleitung (32, 36) öffnet.
6. Viskosekupplung nach Anspruch 6, dadurch g e k e 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 BimetallKragstabes (30) in einen Zwischenraum (35) zwischen dem Fortsatz (33) und dem freien Ende (31) der Kragstabfeder (29) hineinragt, sich in dem Zwi¬ schenraum (35) frei bewegt und nur beim überschreiten einer vorgegebenen Temperatur den Fortsatz (33) berührt, um das ThermoSperrventil (12, 31) zu öffnen.
7. Viskosekupplung nach Anspruch 6, dadurch g e e n n ¬ z e i c h n e t , daß der BimetallKragstab (30) zusätzlich die Kragstabfeder (29) und damit auch das zweite Schließglied (31) bildet.
8. 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.
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 in einer zur Drehachse senkrechten Ebene bewegt.
Description:
Viskosekupplung mit Füllungsregelung

Die Erfindung betrifft eine Viskosekupplung nach dem Ober¬ begriff des Hauptanspruchs.

Eine Viskosekupplung dieser Art ist bekannt (DE-PS 21 35 791) .

Eine Viskosekupplung nach DE-PS 21 35 791 hat ein mit stei¬ gender Relativdrehzahl steigendes Drehmoment. Eine kleine solche Viskosekupplung gestattet bei Kurvenfahrt auf griffiger Fahrbahn noch einen fast freien Drehzahlausgleich. Eine große solche Vis¬ kosekupplung 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 er¬ höhte Lenkkräfte, Leistungsverluste und erhöhter Kraftstoffver¬ brauch. Dadurch reicht, wenn ein Rad durchdreht, das Antriebs¬ moment am noch greifenden Rad oder - bei mehr als zwei angetrie¬ benen Rädern - an den noch greifenden Rädern in extremen Fahrzu¬ ständen nicht mehr aus, um den Antrieb des Fahrzeuges zu sichern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Viskose¬ kupplung 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 Flüssigkeits¬ menge 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 er¬ zeugt.

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 Viskose¬ kupplung 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 Relativdreh¬ zahl knapp oberhalb eines höchsten Wertes, der bei Kurvenfahrt noch auftreten kann, innerhalb eines geringen Relativdrehzahl- Bereichs.

Anspruch 4 fügt Merkmale hinzu, mit denen das Relativdreh¬ zahl-Sperrventil nach Anspruch 3 mit besonders einfachen Bau¬ teilen 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 Arbeits-

kammer und damit zur Regelung des Drehmoments einer Viskosekupp¬ lung sind an sich bekannt (DE-PS 12 84 186) , jedoch nicht in Ver¬ bindung mit einer Viskosekupplung nach dem Hauptanspruch.

Anspruch 6 fügt Merkmale hinzu, mit denen das Thermo-Sperr¬ ventil mit nur wenigen, einfachen, zusätzlichen Bauteilen dar¬ gestellt 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 Krag¬ stabfeder entfällt.

Anspruch 9 bringt den Vorteil, daß die Funktion des Thermo- Sperrventils nicht durch bei Relativdrehzahl auftretende Flüs¬ sigkeitsreibungskräfte 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 Viskose¬ kupplung 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 Vorrats¬ kammer 5. Ein Pumpenrotor 6 ist in der Vorratskammer 5 angeordnet und fest mit der zweiten Baugruppe 2 verbunden. Nahe ihrem äuße-

ren 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 Bau¬ gruppe 2 wirken der Pumpenrotor 6, die Staukörper 7 und die Ab¬ zugsöffnungen 8 als Pumpe 6, 7, 8 zusammen und fördern Flüssig¬ keit 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 Zwi¬ schenwand 3 drehbar, begrenzt durch einen Nietzapfen 13 an der Zwischenwand 3 in einem Fenster 14 der Scheibe 12. Eine Kreis¬ ring-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 Rückstellfe¬ der 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 Vorrats¬ kammer 5 zurückfließt.

Mit der Scheibe 12 ist über Stützniete 21 eine Deckschei¬ be 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 Bau¬ gruppe 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 Schei¬ be 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 Überlauföff¬ nung 27 radial innerhalb des Lagerringes 9 von der Arbeitskam¬ mer 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 Flüssigkeits¬ menge 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 Rela¬ tivdrehzahl die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer 4 wieder abnimmt und das Drehmoment der Viskosekupplung wieder sehr ge¬ ring 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 ge¬ ringen Vorspannung der Kragstabfedern 29, in einer ersten Stel¬ lung zweite Durchbrüche 32 in der Scheibe 12 verschließen. Das freie Ende 31 der Kragstabfeder 29 trägt einen hakenförmig um¬ gebogenen 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 Zwischen¬ wand 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 Rücklaufleitung 32, 36, kann die Flüssigkeitsmenge in der Ar¬ beitskammer 4 und damit das Drehmoment der Viskosekupplung wieder steigen.

Das freie Ende 31 der Kragstäbfeder 29 und die Scheibe 12 bilden damit ein Thermo-Sperrventil 12, 31.

Das Relativdrehzahl-Sperrventil 3, 12 mit ersten Rücklauf¬ leitungen 19, 20 und das Thermo-Sperrventil 12, 31 mit zweiten Rücklaufleitungen 32, 36 öffnen und schließen unabhängig von¬ einander. Nur dann, wenn sowohl das Relativdrehzahl-Sperrven¬ til 3, 12 als auch das Thermo-Sperrventil 12, 31 geschlossen ist, nur dann, wenn gleichzeitig eine vorbestimmte Relativdreh¬ zahl überschritten und eine vorbestimmte Temperatur unterschrit¬ ten 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 Flüssig¬ keitsmenge in der Arbeitskammer 4 und damit das Drehmoment der Viskosekupplung gering.

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Bezugszeichen

1 erste Baugruppe 31 zweites Schließglied,

2 zweite Baugruppe freies Ende

3 Zwischenwand 32 zweiter Durchbruch,

4 Arbeitskammer, Kammer zweite Rücklaufleitung

5 Vorratskammer, Kammer 33 Fortsatz

6 Pumpenrotor 34 freies Ende

7 Staukörper 35 Zwischenraum

8 Abzugsöffnung 36 zweiter Durchbruch,

9 Lagerring zweite Rücklaufleitung

10 Lagerscheibe 37 Steg

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 Durchbrüch, Schlitz, erste Rücklaufleitung

21 Stützniet

22 Deckscheibe

23 Schleppscheibe

24 Spalt

25 Steg

26 Dichtfläche

27 Überlauföffnung

28 Niet

29 Kragstabfeder, Rückstellfeder

30 Bimetall-Kragstab