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Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung, bestehend aus einem Gehäuse, einem Primärteil mit einer Eingangswelle. einem Sekundärteil mit einer Ausgangswelle, und einer Verriegelung mittels einer Anzahl Rollkörper, wobei einer der beiden Teile auf seiner Welle verschiebbar ist und Primärteil und Sekundärteil an den einander zugewandten Stirnseiten eine Abweisverzahnung haben.
Es handelt sich somit um eme Klauenkupplung der üblichen Bauart, wie sie zur Schaltung von Getrieben, zur Zuschaltung einer weiteren Antriebsachse, oder zur Sperrung von Differentiale in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Dabe] ist deren geringer Raumbedarf ein grosser Vorteil, schwierig aber ist deren Schalten bei Drehzahldifferenz oder unter Last.
Letzteres insbesondere wenn die Kupplung sehr schnell gelöst werden soll, etwa in einem Kraftfahrzeug mit ABS.
Es ist aus der Praxis bekannt, in solchen Fällen eine Abweisverzahnung vorzusehen. Das ist eine Formgebung von an der Stirn der Kupplungsteile angeordneten Klauen, deren Flankenwinkel kleiner als der Reibungswinkel ist, sodass auf die Kupplungsteile bei Übertragung eines Momentes eine diese auseinandertreibende Kraft wirkt. Diese Kraft muss an dem achsial ver-
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schiebbaren Kupplungstell irgendwie aufgenommen werden, wenn die Kupplung geschlossen bleiben soll.
Bei einer aus der DE 40 21 653 Al bekannten gattungsgemässen Kupplung stützt sich diese auseinandertreibende Kraft an einer Schulter der Welle ab, auf der der achsial verschiebbare Kupplungsteil sitzt. Die Verriegelungskugeln werden von einer sie übergreifenden Schiebemuffe in ihrer Verriegelungsposition gehalten. Zum Auskuppeln wird die Schiebemuffe verschoben, wobei die Vemegelungskugeln freigegeben werden. sie können an der Schulter radial aufsteigen und geben den verschiebbaren Kupplungsteil frei.
Da die Verriegelungskugeln die erhebliche Achsialkraft aufnehmen und an die Schulter weiterleiten müssen, verklemmen sie sich an letzterer, sodass beim Öffnen erhebliche Reibungskräfte zu überwinden sind. Ein verzögerungsfreies und schnelles Öffnen ist unter solchen Bedingungen nicht möglich. Die Form der Schultern bringt es mit sich. dass nur Kugeln verwendet werden können, obwohl von deren ureigenster Fähigkeit - nämlich der, zu rollen-gar nicht Gebrauch gemacht wird.
Die Verwendung von Kugelrampen zum Einrücken reibschlüssiger Lamellenkupplungen ist zwar aus der EP 985 572 A2 bekannt, dort dienen sie jedoch der Verstärkung einer Betätigungskraft beim Einrücken, ohne sonstige Effekte beim Ausrücken. Bei Klauenkupplungen hingegen ist weder zum Einrücken noch zum Ausrücken selbst keine Kraft erforderlich ; und nur sofeme
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Kupplung.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemässe Kupplung mit einer derartigen Verriegelung auszurüsten, dass sie reibungslos und dadurch schnell, verzögerungsfrei und einem schwachen Aktuator ausrückbar ist.
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Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass die Rollkörper zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Ringen angeordnet sind, welche im Umfangsschnitt Rampen mit daran anschliessenden Verriegelungsflächen aufweisen, dass einer der Ringe achsial verschiebbar ist und mit einem der Kupplungsteile zusammenwirkt, sodass durch Relativdrehung zwischen den beiden Ringen die Kupplung geschlossen beziehungsweise geöffnet wird.
Bei Relativdrehung rollen die Rollkörper auf den Rampen, sodass die Verstellbewegung bei entsprechender Lagerung der Ringe beziehungsweise des drehbaren Ringes praktisch reibungsfrei ist. Da das Einrücken der Kupplung selbst in der kraftlosen Überwindung des Abstandes zwischen den beiden Kupplungsteilen besteht, erfordert es nur sehr geringe Kräfte - ein sehr kleiner Aktuator genügt dazu. Dasselbe gilt beim Ausrücken, sofeme das Profil der Stimklauen eine Abweisverzahnung ist. Zum Einrücken rollen die Rollkörper auf ihren Rampen, sozusagen bergauf bis diese in die Verriegelungsflächen übergehen. Diese sind erreicht wenn die Kupplung eingerückt ist.
Die an die Rampen anschliessenden Verriegelungsflächen liegen im Wesentlichen in einer achsnormalen Ebene (Anspruch 2), weiteres Verdrehen der Ringe führt somit zu keiner weiteren Achsialbewegung des verschiebbaren Kupplungsteiles. Das hat aber auch zur Folge, dass eine von diesem ausge- übte Achsialkraft kein Verdrehen des Ringes bewirken kann. Darin besteht die Wirkung der Verriegelungsflächen, ohne die Rohkörper irgendwie zu verklemmen. Die Rollkörper stützen sich, wie die Körper eines achsialen Spurlagers, auf dem festen Ring ab und halten die Kupplung so eingerückt.
Zum Lösen der Kupplung braucht es nur eine Verdrehung des Ringes beziehungsweise der Ringe um einen kleinen Winkel, um die Rollkörper an die Rampe zu
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bringen und schon löst sich die Kupplung durch die von der Abweisverzahnung ausgeübte Achsialkrait. Das Lösen erfordert somit auch minimale Stellkräfte und kann sehr schnell erfolgen.
Die beiden Ringe können verschieden ausgebildet und angeordnet sein. Entweder ist nur ein Ring verdrehbar, oder beide gegenläufig. Es genügt auch, wenn die Rampen nur an einem Ring sind. In einer bevorzugten Ausführungsform aber weisen beide Ringe Rampen mit daran anschliessenden Verriegelungsflächen auf und wirkt der Aktuator nur auf einen Ring (Anspruch 3). Da
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ein kleiner Verdrehwinkel genügt. Weiters brauchen die Rampen so nur kurz zu sein, sodass eine grosse Anzahl von Rollkörpem über den Umfang verteilt werden kann. So lassen sich sehr grosse Achsialkräfte aufnehmen.
In Weiterbildung der Erfindung bilden die Rampen an ihrer tiefsten Stelle, an der sich die Rollkörper bei geöffneter Kupplung befinden, einen Anschlag (Anspruch 4). Der Aktuator braucht so nur eine definierte Endstellung. Der Aktuator verdreht bei Energiebeaufschlagung den anderen der beiden Ringe im Schliesssinn der Kupplung und eine Feder den anderen der beiden Ringe im Öffnungssinn (Anspruch 5). Der Aktuator kann somit einfachwirkend mit einer Rückzugfeder ausgebildet sein. Das macht die Steuerung bei voll erhaltener Ausrückgeschwmdigkeit sehr einfach.
In einer für Differentialsperren besonders geeigneten Anordnung ist einer der beiden Ringe mit dem Gehäuse drehfest verbunden, der andere der beiden Ringe ist mit einem am Gehäuse angebrachten Aktuator verbunden und wirkt über ein Drucklager auf den achsial verschiebbaren Kupplungsteil (Anspruch 6). Schliesslich können zur Aufnahme besonders grosser Achsialkräfte Kegelrollen als Rollkörper verwendet werden (Anspruch 7).
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines Ausfüh-
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beschriebenKupplung,
Fig. 3 : Wie Fig. 2, jedoch bei eingerückter Kupplung.
In Fig. l ist ein sperrbares Achsdifferential ausschnittweise dargestellt. Das Differential selbst ist ein konventionelles Kegelraddifferential und daher weggelassen. Es besteht aus einem Gehäuse 1, in dem in Lagern 2 ein Differentialkorb 3 drehbar ist. Der Differentialkorb 3 bildet an seinem äusseren Ende einen Primärteil 4 einer Spenkupplung 8. An seiner Stirnfläche sind Abweiszähne 5 angebracht. Abweiszähne sind Kupplungszähne bzw Kupplungsklauen, deren Flankenwinkel grösser als der Reibungswinkel ist, die daher bei Übertragen eines Drehmomentes eine im Öffnungssinn wirkende Achsialkraft ausüben, die grösser als die Reibung zwischen den Klauen ist.
Von dem Differential ist nur noch ein Abtriebskegelrad 6 abgebildet, das Teil einer Ausgangswelle 7 oder mit dieser drehfest verbunden ist. Die Lagerung der Ausgangswelle 7 im Differentialkorb 3 und/oder im Gehäuse 1 ist nicht gezeigt. Die Ausgangswelle 7 weist an das Abtriebskegelrad 6 anschliessend einen Teil 10 grösseren Durchmessers auf, der am Ubergang zur eigentlichen Ausgangswelle 7 eine Schulter 11 aufweist. Auf der Ausgangswelle 7 ist mittels einer Kuppelverzahnung 12 ein Sekundärteil 14 drehfest, aber achsial verschiebbar geführt. Er w ird von Federn 13, die sich an der Schulter 11 ab-
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schlagt. Auch der Sekundärteil 14 weist Abweiszähne 15 auf, die zu den Abweiszähnen 5 des Pnmärteiles 4 passen.
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Die Betätigungsvorrichtung der Sperrkupplung 8 besteht in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem ersten Ring 20, einem zweiten Ring 21, Drucklagerkörpern 22 und Rollkörpem 23. Der erste Ring 20 liegt an einem Bund 24 des Gehäuses 1 an, er stützt sich in achsialer Richtung auf ihm ab und ist drehfest mit ihm verbunden. Der zweite Ring 21 ist auf nicht gezeigte Weise im Gehäuse 1 drehbar gelagert und besitzt einen durch eine Öffnung 26 im Gehäuse 1 ragenden Hebel 25, der über eine Stange 27 mit einem Aktuator 28 verbunden ist. Dieser Aktuator 28 befindet sich in einem Aktuatorgehäuse 29, und ist hier aussen am Gehäuse 1 befestigt.
Fig. 2 zeigt einen Umfangsschnitt durch die Mittelpunkte der Rollkörper 23, die hier Kugeln sind. Beide Ringe 20,21 besitzen in entgegengesetzter Richtung verlaufend Rampen 30,30', die gegenüber der Umfangsrichtung ansteigen und in Verriegelungsflächen 31, 31' übergehen. In Fig. 2 ist die Kupplung geöffnet, die Rollkörper 23 liegen an den jeweils tiefsten Punkten der beiden Rampen 30, 31' und an einem Anschlag 32, 32' an. Der Anschlag definiert die begrenzte Drehstellung der ausgerückte Kupplung. Die Abweisverzahnung 5, 15 ist hier beispielsweise eine Rundverzahnung, die auch das Einrücken der Kupplung erleichtert. Der Aktuator 28 besitzt eine die Stange 27 umschlingende Feder 30.
Fig. 3 zeigt die Kupplung in eingerückter Stellung. Diese wird durch Beaufschlagung des Aktuators 28, der hier beispielsweise ein Solenoid ist, gegen die Kraft der Aktuatorfeder 30 erreicht. Dabei wird der zweite Ring 21 gegenüber dem feststehenden Ring 20 verdreht. Die Rollkörper 23 rollen auf beiden Rampen 30. 30'empor und drücken so die beiden Ringe 20,21 auseinander, bis sie die Verriegelungsflächen 31, 31' erreicht haben. Da diese in einer achsnormalen Ebene liegen, kann die vom Sekundärteil der Kupplung herrührende Achsialkraft zu keiner Verdrehung des zweiten Ringes 21 mehr
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führen. Dieser ist somit gewaltlos verriegelt".
Soll die eingerückte Kupplung schnell gelöst werden, so genügt eine kleine Verdrehung des zweiten Ringes 21, die auch wieder nur eine sehr kleine Betätigungskraft braucht, bis die Rollkörper 23 die Rampen 30. 30' erreicht haben und eine sehr schnelle Verdrehung des zweiten Ringes 21 erlauben. Diese rührt in diesem Stadium von der von der Abweisverzahnung ausgeübten Achsialkraft her und, wenn die beiden Abweisverzahnungen 5, 15, nicht mehr m Eingriff sind, von den Fe- dern 13. Die Aktuatorfeder 30 sorgt dafür, dass der unbeaufschlagte Aktuator 28 schnell in die geöffnete Stellung zurückkehrt und hilft bei der Überwindung der Trägheit des zweiten Ringes 21.
Abweichend von Fig. 2, ist in Fig. 3 die Abweisverzahnung als konventionelle Abweisverzahnung dargestellt, um darzutun, dass das Profil der Abweisverzahnung im Ermessen des Konstrukteurs steht.