AT396972B - Kupplung für beide drehrichtungen mit selektiver freilaufwirkung - Google Patents

Description

AT 396 972 B

Die Erfindung handelt von Klemmkörperkupplungen gemäß dem Oberbegriff des 1. Anspruches. Bei allradangetriebenen Kraftfahrzeugen mit einer über eine schlupfgesteuerte Kupplung angetriebenen zweiten Treibachse (meist die Hinterachse) besteht das Problem, daß die Hinterräder durch die Verbindung mit den Vorderrädern zum Überbremsen neigen und so die Bodenhaftung verlieren, was zum Ausbrechen des Fahrzeuges fühlt. Besonders kritisch sind die Verhältnisse bei Blockierbremsungen bzw. bei Verwendung eines ABS.

Um dem unter Vermeidung einer gesteuerten Trennkupplung entgegenzuwirken, ist die zusätzliche Verwendung eines Freilaufes üblich. Dieser hat aber den Nachteil,-daß er für allradgetriebene Rückwärtsfahrt überbrückt werden muß. Alternativ dazu verwendet man einen Doppelffeilauf, der die Übertragung von Antriebskräften vorwärts und rückwärts ermöglicht.

Dieser hat jedoch den Nachteil, sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt im Schleppbetrieb (Motorbremsung) zu entkuppeln, was im Gelände und auf vereisten Bergstraßen zu gefährlichen Situationen führen kann.

Ein derartiger Doppelfreilauf ist etwa aus der EP-B 213 291 bekannt. Er besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Klemmkörperfreiläufen mit entgegengesetzter Wirkungsrichtung. Die Klemmkörper werden durch Federn in einer Neutralstellung gehalten und durch einen reibschlüssig mit dem stationären Gehäuse verbundenen Käfig je nach Drehsinn werden die einen oder die anderen Klemmkörper in Kuppelstellung gebracht Die Umschaltung erfolgt somit ohne Eingriff von außen bei Umkehrung des Drehsinnes des treibenden Ringes gegenüber dem Gehäuse.

Ein anderer Doppelfreilauf ist aus der EP-A 436 270 bekannt Bei diesem ist nur ein Satz symmetrischer Klemmkörper vorhanden, die je nach Drehsinn des treibenden Teiles in die eine oder andere Kuppelstellung geneigt werden. Der Reibschluß mit dem Gehäuse ist hier durch den Reibschluß mit einem in beiden Richtungen langsamer umlaufenden Steuerzahnrad etwas geringerer Zähnezahl ersetzt

Diesen Doppelfreiläufen haftet also der vorerwähnte Nachteil an, bei umgekehrter Kraftflußrichtung in beiden Drehrichtungen uneingeschränkt als Freilauf zu wirken. Beim Allradantrieb eines Kraftfahrzeuges wird der Freilauf jedoch nur bei Vorwärtsfahrt und höherer Geschwindigkeit benötigt, um bei starkem Bremsen den Verlust der Seitenführung durch Blockieren der Hinterräder zu verhindern.

Einfache Freiläufe mit fliehkraftgesteuert abhebenden Klemmkörpem sind zwar auch bekannt, jedoch nur zur Verminderung der Reibung bei lange anhaltendem Freilaufbetrieb.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine in beiden Richtungen wirkende Kupplung zu schaffen, die ohne Eingriff von außen nur bei Vorwärtsfahrt mit höherer Geschwindigkeit als Freilauf wirkt. Diese Kupplung soll das eingangs aufgezeigte, durch die Verwendung schlupfgesteuerter Kupplungen in Kraftfahrzeugantrieben gestellte Problem lösen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruches erreicht. Die entsprechenden Klemmkörper werden also selbsttätig in die jeweilige Kuppelstellung gebracht, gesteuert durch die Kraftflußrichtung, die sich aus der Richtung der Drehzahldifferenz zwischen Innen- und Außenring ergibt (Zum Vergleich: Nach dem Stand der Technik werden die beiden Freiläufe durch den Drehsinn gesteuert, der sich im Drehsinn des antreibenden Ringes äußert). Das Einnehmen der Kuppelstellung wird nur bei Vorwärtsfahrt im Schleppbetrieb (umgekehrte Kraftflußrichtung) mit höherer Geschwindigkeit durch die Wirkung der Fliehgewichte auf den ersten Ring bzw. den zweiten Käfig, und damit auf die entsprechenden Klemmkörper, aufgehoben. Dadurch wird erreicht, daß beim Bremsen ab einer durch die Größe der Fliehkraft bestimmten Geschwindigkeit die Verbindung zur zweiten angetriebenen Achse selbsttätig und ohne Eingriff γόη außen unterbrochen wird, bei allen anderen praktisch Yorkommenden Fahrzuständen aber erhalten bleibL

Wenn der erste mit den Klemmkörpern in Wirkverbindung stehende Käfig mit dem zweiten Ring nur reibschlüssig verbunden ist, darf der erste Ring auch formschlüssig mit den Klemmkörpem in Verbindung stehen. Deshalb kann der erste Ring alternativ reibschlüssig oder formschlüssig mit den Klemmkörpem Zusammenwirken. Wenn die Reibkraft zwischen erstem Ring und den Klemmkörpem größer als die zwischen erstem Käfig und zweitem Ring ist, sind beide Alternativen vollkommen gleichwertig.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Sätze von Klemmkörpem mit entgegengesetzter Wirkungsrichtung und ein reibschlüssig mit dem mindestens einen Außenring in Verbindung stehenderzweiter Käfig vorgesehen, der mit den Fliehgewichten in Wirkverbindung steht (Anspruch 2). So erhält man einfache Formen von Klemmkörpem und Ringen und es kann eine große Anzahl von Klemmkörpern bei geringer Baugröße untergebracht werden.

In einer ersten Variante der ersten Ausführungsform sind die Klemmkörper der beiden Sätze abwechselnd hintereinander angeordnet, wodurch die Kupplung so schmal wie ein einfacher Freilauf baut (Anspruch 3).

In einer zweiten Variante sind die Klemmkörper der beiden Sätze nebeneinander angeordnet und die beiden Käfige wirken mit beiden Sätzen von Klemmkörpem zusammen (Anspruch 4). Diese Variante zeichnet sich durch geringen Durchmesser und dadurch aus, daß sie aus zwei handelsüblichen Freilaufkupplungen zusammengesetzt werden kann, wobei dann die entsprechenden Käfige auf geeignete Weise miteinander zu verbinden sind. Dann sind zwei erste und zwei zweite Ringe vorhanden.

In einer zweiten Ausführungsform ist ein einziger Satz von Klemmkörpem vorgesehen, die in zwei Wirkstellungen schwenkbar sind, eine für eine, die andere für die entgegengesetzte Momentenflußrichtung -2-

AT 396 972 B (Anspruch 5). So werden in beiden Richtungen kleine Einbauabmessungen erreicht und die Verbindung zwischen Klemmkörpem und Käfigen wird konstruktiv einfacher.

In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Klemmkörper mit dem ersten Ring formschlüssig verbunden und die Fliehgewichte wirken auf den ersten Ring (Anspruch 6). So wird ein zweiter 5 Käfig überflüssig und die Klemmkörper können besonders exakt positioniert und geführt werden. Dabei ist es fertigungstechnisch vorteilhaft, wenn die formschlüssige Verbindung durch je einen Evolventenzahn an den Klemmkörpem hergestellt wird (Ansprach 7) und wenn der erste Ring der Außenring ist (Anspruch 8).

Bei allen Ausführungsformen kann prinzipiell sowohl der erste als auch der zweite Ring der getriebene sein, wobei dann der jeweils andere der treibende ist. Vorzugsweise ist aber der erste Ring der getriebene. Dann 10 wird der Freilauf zuverlässig bei einer genau definierten Vorwärtsgeschwindigkeit eingeschaltet, weil ja die Drehzahl des ersten Ringes der Drehzahl der Räder entspricht, die beim Bremsen entkuppelt werden sollen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen erläutert und es werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben:

Fig. 1: Schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb, bei dem die erfindungsgemäße 15 Doppelkupplung angewendet wird,

Fig. 2: Erste Variante der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelkupplung in Seitenansicht,

Fig. 3: Schnitt nach (ΙΠ-ΙΠ) in Fig. 2,

Fig. 4: Seitenansicht einer zweiten Variante der ersten Ausführangsform, 20 Fig. 5: Schnitt (V-V) in Fig. 4,

Fig. 6: Seitenansicht der zweiten Ausführangsform der erfindungsgemäßen Doppelkupplung, teilweise geschnitten,

Fig. 7: Schnitt (VII-VII) in Fig. 6.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte allradangetriebene Kraftfahrzeug weist einen Motorgetriebeblock 25 (m) auf, von dem über ein Verzweigungsgetriebe (g) einerseits die Vorderräder (v) und andererseits über eine schlupfgeregelte Kupplung (k) und eine erfindungsgemäße Doppelkupplung (d) die Hinterräder (h) angetrieben werden. Die schlupfgeregelte Kupplung (k) könnte eine Lamellenkupplung, eine hydrostatische Kupplung, eine hydrodynamische Kupplung, eine gesteuerte oder ungesteuerte Flüssigkeitsreibungskupplung oder eine elektromagnetische oder elektroviskose Kupplung sein. Die erfindungsgemäße Doppelkupplung (d) könnte 30 auch zwischen dem Verzweigungsgetriebe (v) und der schlupfgeregelten Kupplung (k) angeordnet sein, was strichliert mit (d') angedeutet ist.

In Figuren 2 und 3 bezeichnet (10) den zweiten, hier den antriebsseitigen, Ring und (12) den ersten, hier den achsseitigen Ring. Im folgenden wird der erste Ring (12) als Außenring und der zweite Ring (10) als Innenring bezeichnet. Zwischen den Ringen (10,12) befinden sich Klemmkörper (14) für die Momentenflußrichtung (A) 35 und Klemmkörper (15) für die Momentenflußrichtung (B), die als in entgegengesetzten Richtungen wirkende Klemmkörper ausgebildet sind, was hier nur schematisch dargestellt ist. Die Klemmkörper (14,15) sind durch einen Innenkäfig (18) und einen Außenkäfig (19), die Reibschuhe (20) bzw. (21) aufweisen, mittels Gelenkbolzen (17) miteinander verbunden, die Langlöcher (22) in den Klemmkörpem durchsetzen. Der Reibschuh (20) reibt am zweiten Ring (10), der Reibschuh (21) am ersten Ring (12), wobei Reibkräfte 40 entstehen, die auf die Klemmkörper (14,15) ein Schwenkmoment ausüben. Am Innenkäfig (18) sind mittels Schwenkbolzen (24) Fliehgewichte (25) gelagert, die sich unter der Wirkung der Fliehkraft gegen die Kraft einer Feder (26) nach außen bewegen und bei ausreichender Umfangsgeschwindigkeit mit einer Schulter (28) gegen einen Stift (27) am Außenkäfig (12) stemmen. Durch die Verschiebung dieses in Umfangsrichtung werden die Klemmkörper (15) außer Eingriff gebracht, wodurch ein Freilauf gegeben ist. Schließlich ist am 45 Innenkäfig (18) noch ein Anschlagbolzen (29) vorgesehen, der in eine Nut (29*) eingreift. Diese Nut ist eine Kreisbahn mit dem Schwenkbolzen (24) als Krümmungsmitteipunkt, ihr unteres Ende wirkt bei schneller Vorwärtsfahrt im Zugbetrieb mit dem Anschlagbolzen (29) zusammen.

Folgende Betriebszustände sind bei allen Ausführungsformen möglich, werden im folgenden aber nur anhand der Ausführangsform der Figuren 2 und 3 beschrieben, bei den anderen Ausführungsformen sind sie 50 analog: 1. Langsame Vorwärtsfahrt, Zug (der Motor treibt): der Innenring (10) wird in Momentenflußrichtung (A) vom Motor aus angetrieben. Die Reibschuhe (20,21) aktivieren die Klemmkörper (14), indem sie sie aufstellen und so an den Kuppelflächen (11,13) der Ringe (10,12) zur Anlage bringen. 55 2. Langsame Vorwärtsfahrt, Schub (die Achse und damit der Außenring (12) treibt in

Momentenflußrichtung (B)): Die Reibschuhe (20, 21) stellen die Klemmkörper (15) für die Momentenflußrichtung (B) auf und bringen die Klemmkörper (14) für die Momentenflußrichtung (A) außer Eingriff. Die Kupplung überträgt das Schubmoment vom Außenring (12) auf den Innenring (10). 3. Schnelle Vorwärtsfahrt, Zug: Die Reibschuhe (20, 21) bringen den Klemmkörper (14) für die 60 Momentenflußrichtung (A) in Eingriff. Dabei verschiebt sich der äußere Käfig schon so weit in Richtung (B) , daß das Fliehgewicht (25) keine Anlehnung mehr findet Deshalb der Anschlagbolzen (29). 4. Schnelle Vorwärtsfahrt, Schub: Die von den Fliehgewichten (25) über den Käfig (19) auf die -3-

Claims (10)

1. AT396972B Klemmkörper (15) ausgeübte Kraft hindert den Klemmkörper (15) daran, sich unter der Wirkung der Reibschuhe (20, 21) in Kuppelstellung zu bewegen. Das Schubmoment (Momentenflußrichtung (B) wird nicht auf den Innenring (10) übenragen. In dieser Stellung wirkt die Doppelkupplung als Freilauf, der mit den Hinterrädern verbundene Außenring (12) kann den Innenring (10) überholen.
2. 5. Langsame Rückwärtsfahrt, Zug: Die Klemmkörper (15) werden durch die Wirkung der Reibschuhe (20) in Eingriff gebracht, das Antriebsmoment (Momentenflußrichtung (B)) wird übertragen.
3. 6. Langsame Rückwärtsfahrt, Schub: Die Klemmkörper (14) nehmen durch die Wirkung der Reibschuhe (21) die Kuppelstellung ein und das Schubmoment (Momentenflußrichtung (A)) wird übertragen.
4. 7. Schnelle Rückwärtsfahrt: Eine solche findet üblicherweise nicht statt. Trotzdem kann auch hier ein Moment (Momentenflußrichtung (B)) übertragen werden, wenn dieser Bereich ohne Lastwechsel erreicht wird. Bei Schub wird auch wieder ein Schubmoment (Momentenflußrichtung (A)) übertragen. Die in Figuren 4 und 5 dargestellte zweite Variante der ersten Ausführungsform besteht aus einem zweiten Ring (80) (hier Innenring) mit einer äußeren Kuppelfläche (82), einem ersten Ring (81) (hier: Außenring) mit einer inneren Kuppelfläche (83) und zwei nebeneinander angeordneten Reihen von Klemmkörpem (84,85), erstere für die Momentenflußrichtung (A), zweitere für die Momentenflußrichtung (B). Dementsprechend ist deren Gestalt spiegelverkehrt (siehe Fig. 4). Zur genauen Positionierung der Klemmkörper (84, 85) können Federringe (94) vorgesehen sein. Die Steuerung der Klemmkörper (84, 85) je nach Momentenflußrichtung erfolgt durch einen ersten Käfig (86) (hier: Innenkäfig) und einen zweiten Käfig (87) (hier: Außenkäfig), die die Klemmkörper umschließen und jeweils mittels Reibschuhen (91, 92) von dem Außenring (81) und dem Innenring (80) mitgenommen werden. Am Innenkäfig (86) sind mittels Schwenkachsen (88) (aus Gründen des Massenausgleichs) mindestens zwei Fliehgewichte (89) gelagert. Diese werden von Federn (93) nach innen gezogen. Bei ausreichender Umfangsgeschwindigkeit bewegen sie sich so weit nach außen, daß sie sich gegen die Stifte (90) am Außenkäfig (87) stemmen und diesen gegenüber dem Innenkäfig (86) verdrehen. Dadurch wird erreicht, daß die Klemmkörper (85) für die Momentenflußrichtung (B) nicht zur Wirkung kommen und die Kupplung im Schleppbetrieb bei höherer Geschwindigkeit als Freilauf wirkt. Bei Momentenflußrichtung (A) und hoher Geschwindigkeit wirkt wieder der Anschlagbolzen (29). In einer zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 6, 7 ist zwischen einem Außenring (101) mit innerer Kuppelfläche (108) und einem Innenring (100) mit äußerer Kuppelfläche (107) ein Satz gleicher Klemmköiper (102) angeordnet, dessen Flanken von der abgebildeicn Neutralstellung aus je nach Neigungsrichtung in einer der beiden Momentenflußrichtungen wirken. Weiters ist ein Innenkäfig (103) mit Durchbrechungen (104) für die Klemmkörper (102) und mit Reibschuhen (106) zur reibschlüssigen Verbindung mit dem zweiten Ring (100) vorhanden. Die Klemmkörper (102) weisen je einen Zahn (105) auf, der in entsprechende Zahnlücken des ersten Ringes (101) eingreift. Anstelle eines Zahnes könnte jedoch ein Schwenkbolzen vorgesehen sein und die formschlüssige Verbindung kann auch mit dem Innenring (100) bestehen. Dann ist eben der Innenring erster Ring. Am Innenkäfig (103) sind in Schwenkachsen (110) Fliehgewichte (109) gelagert und von einer Feder (112) nach innen gezogen. Bei ausreichend hoher Umfangsgeschwindigkeit schwenken die Fliehgewichte (109) nach außen und drücken mit einem Daumen (113) auf am Außenring befestigte Stifte (111). Dadurch wird im Schübbetrieb der Außenring (101) gegenüber dem Innenkäfig (100) verdreht und die Klemmkörper (102) in die ausgekuppelte Stellung gebracht bzw. in dieser gehalten. Im Zugbetrieb treten wieder die Anschläge (29) in Wirkung. PATENTANSPRÜCHE 1. Klemmkörperkupplung für beide Drehrichtungen, bestehend aus: a) mindestens einem ersten Ring mit einer Kuppel fläche, b) mindestens einem zweiten Ring mit einer Kuppelfläche, c) mindestens einem Satz schwenkbarer Klemmkörper und d) mindestens einem in Umfangsrichtung verdrehbaren und mit den Klemmkörpern in Wirkverbindung stehenden Käfig, dadurch gekennzeichnet, daß -4- AT 396 972 B e) ein erster Käfig (18; 86; 103) mit einem zweiten Ring (10; 80,100) in reibschlüssiger Verbindung steht, f) der mindestens eine erste Ring (12; 81; 101) reib- oder formschlüssig mit den Klemmköipem (14,15; 84, 85; 102) in Wirkverbindung steht, g) wobei der erste Käfig (18; 86; 103) im Zusammenwirken mit der reib- oder formschlüssigen Verbindung die Schwenkstellung der Klemmkörper (14,15; 84,85; 102) bestimmt und daß h) Fliehgewichte (25; 89; 109) vorgesehen sind, die am ersten Käfig (18; 86; 103) schwenkbar gelagert sind und ab einer bestimmten Drehzahl auf den ersten Ring (12; 81; 101) oder auf einen zweiten Käfig (19; 87) wirken. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sätze von Klemmkörpem (14,15; 84,85) mit entgegengesetzter Wirkungsrichtung und ein reibschlüssig mit dem mindestens einen ersten Ring (12; 81) in Verbindung stehender zweiter Käfig (19; 87) vorgesehen sind, wobei die Fliehgewichte (25; 89) auf den zweiten Käfig wirken. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (14, 15) der beiden Sätze abwechselnd hintereinander zwischen einem zweiten Ring (10) und einem ersten Ring (12) angeordnet sind.
5. 4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper der beiden Sätze (84, 85) nebeneinander angeordnet sind und mindestens ein erster (86) und zweiter Käfig (87) mit beiden Sätzen von Klemmkörpem (84,85) Zusammenwirken.
6. 5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Satz von Klemmkörpem (102) vorgesehen ist, die aus einer Neutralstellung in zwei Wirkstellungen schwenkbar sind, eine für eine, die andere für die entgegengesetzte Momentenflußrichtung.
7. 6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper (102) mit dem ersten Ring (101) formschlüssig verbunden sind und daß die Fliehgewichte (109) auf den ersten Ring (101) wirken.
8. 7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klemmkörper (102) einen Evolventenzahn (105) aufweist, wobei der Wälzkreis der Evolvente auf der Kuppelfläche (108) des ersten Ringes (101) liegt
9. 8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ring (101) der Außenring ist.
10. 9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ring (12; 81; 101) der motorseitige und der zweite Ring (10; 80; 100) der abtriebsseitige isL Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-