DE10217576A1

DE10217576A1 - Kupplungsmuffe

Info

Publication number: DE10217576A1
Application number: DE10217576A
Authority: DE
Inventors: Wesley M Dick
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2002-12-05
Also published as: US6520305B2; JP2003035323A; US20020153220A1

Abstract

Es wird eine Muffe für eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung angegeben, die zum selektiven Verbinden und Trennen einer Quelle des Antriebsdrehmoments bzw. einer koaxialen angetriebenen Welle eingesetzt wird. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Muffe, bei der die Eingriffsflächen der Drehmomentquelle und der getriebenen Welle derart beschaffen und ausgelegt sind, daß die Muffe unter Drehmomentbelastung mit einer neutralen axialen Kraft beaufschlagt wird. Die Schaltmuffe ist mittels einer Keilverbindung mit einer sich drehenden Welle verbunden und gleitbeweglich in Längsachsrichtung der Welle angeordnet. Die translatorische Bewegung der Schaltmuffe erfolgt vorzugsweise mittels einer Schalteinrichtung in Verbindung mit einer Arretierkugel, welche eingesetzt wird, um die Schaltmuffe an Ort und Stelle unter Drehmomentbelastung zu arretieren bzw. zu verriegeln. Wenn die Schalteinrichtung und die Arretierkugel zum Freigeben der Schaltmuffe bewegt werden, bewirken die Winkelzähne und die Keilverbindungen, daß die Schaltmuffe selbst bei hohen Drehmomentbelastungen außer Eingriff kommt.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Weiterentwicklung einer Muffe für eine Kupplung, insbesondere für eine Kupplung, welche zum selektiven Verbinden und Trennen einer Quelle für ein Antriebsdrehmoment mit einer koaxial ange triebenen Welle eingesetzt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Muffe, bei der Eingriffsflächen der Drehmomentquelle und der angetriebe nen Welle derart beschaffen und ausgelegt sind, daß die Muffe unter Drehmo mentbelastung unter einer neutralen axialen Kraftbelastung steht.

Verschiedene allradgetriebene Fahrzeuge wurden für eine höhere Stabilität und Manövrierbarkeit beim Fahren des Fahrzeugs entwickelt. Viele derartige allradgetriebene Fahrzeuge haben die Eigenschaft eines zeitweiligen Vierrad antriebs, welcher gegebenenfalls zwischen einer Zweiradantriebs-Betriebsart und einer Vierradantriebs-Betriebsrat umgeschaltet werden kann. Der Vierrad antrieb ist äußerst erwünscht bei einer Fahrt im Gelände und auf unbefestig tem Untergrund, da unter diesen Bedingungen eine zuverlässigere Traktion bereitgestellt wird. Unter üblichen befestigten Fahrbahnoberflächen lassen sich Fahrzeuge wirtschaftlicher als zweiradgetriebene übliche Fahrzeuge betreiben. Die Umschaltung bei einem Fahrzeug von einem Vierradantrieb auf einen Zweiradantrieb und umgekehrt ist daher in Abhängigkeit von den vorhandenen Traktionszuständen äußerst erwünscht.

Allradgetriebene Fahrzeuge dieser Bauart haben eine Kupplung auf einer drehbaren Antriebswelle, um selektiv ein Antriebsdrehmoment von einer Antriebsquelle über die drehbare Antriebswelle auf die getriebenen Räder zu übertragen. Viele dieser Fahrzeuge nutzen eine Kupplungseinrichtung, welche selektiv in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist, um das Fahrzeug zwischen dem Zweiradantrieb und dem Vierradantrieb umzuschalten. Die Kupplung hat typischerweise eine Kupplungsmuffe und Eingriffszähne für die Drehmoment übertragung von einer Antriebswelle auf eine Ausgangswelle oder ein Zahnrad. Während diese Kupplungen im allgemeinen eine zuverlässige Drehmoment übertragung gestatten, ergeben sich Schwierigkeiten in Situationen, bei denen die Kupplung unter hohen Drehmomentbelastungen außer Eingriff gebracht werden muß, oder wenn die Differenz zwischen den relativen Umdrehungs zahlen der Welle groß ist. Diese Bauart von Kupplungen bringt Schwierigkeiten dahingehend mit, daß die Eingriffsflächen der Zähne parallel zu den Eingangs- und Ausgangswellen gerichtet sind, so daß eine große Betätigungskraft zum Abkoppeln der Wellen erforderlich ist, um die Eingriffskräfte an den Eingriffs flächen zu überwinden. Auch hat es sich gezeigt, daß Stoßbelastungen und Geräusche infolge des Eingreifens der Zähne auftreten können, wenn die Wellen miteinander verbunden werden, falls die Differenz zwischen den Dreh zahlen der Wellen zu groß ist.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer verbesserten Auslegungsform einer Kupplungsmuffe mit Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der Kupplung unter hohen Drehmomentbelastungen, ohne daß man große Betätigungskräfte benötigt, um die Kupplungsmuffe in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilder ten Schwierigkeiten eine Kupplungsschaltmuffe bereitzustellen, bei der die Eingriffsflächen von Drehmomentquelle und getriebener Welle derart beschaf fen und ausgelegt sind, daß die Muffe unter Drehmomenteinwirkung einer neutralen axialen Kraft ausgesetzt ist.

Nach der Erfindung wird hierzu eine Kupplungsmuffe, welche in Form einer Hülse ausgebildet ist, bereitgestellt, die koaxial zu einer sich drehenden Welle angeordnet ist. Diese Kupplungsmuffe wird eingesetzt, um eine Kupplungsein richtung in Eingriff zu bringen und um eine Drehbewegung auf ein anderes Teil oder dergleichen zu übertragen. Die Schaltmuffe ist vorzugsweise mittels einer Keilverbindung mit einer sich drehenden Welle verbunden, und gleitbeweglich entlang der Längsachsrichtung der Welle angeordnet. Bei eine ersten bevor zugten Ausführungsform umfaßt die Schaltmuffeneinrichtung winkelige Zähne, welche derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie mit ähnlich winkeligen Zähnen an einer der sich drehenden Wellen in Eingriff kommen können, wobei die winkeligen Zähne und die Keile bzw. Keilnuten derart beschaffen und ausgelegt sind, daß die Schaltmuffe unter Drehmomentbelastung unter einer neutralen axialen Kraft steht. Die translatorische Verschiebung der Schaltmuffe erfolgt vorzugsweise mittels einer Schalteinrichtung im Zusammenhang mit einer Arretierkugel, welche dazu genutzt wird, die Schaltmuffe an Ort und Stelle unter Drehmomentbelastung zu arretieren. Wenn die Schalteinrichtung und die Arretierkugel derart bewegt werden, daß die Schaltmuffe freigegeben wird, bewirken die winkeligen Zähne und die Keile, daß die Schaltmuffe selbst unter hoher Drehmomentbelastung außer Eingriff kommt. Durch diese Aus legung ist die Schaltmuffe selbstentriegelnd.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Schaltmuffe vorzugsweise mit einem weiteren Teil über stirnseitige Zähne zusammen, welche gegenüber der Mittellinie einer Drehwelle versetzt sind, auf der die Muffe eine Gleitbewegung ausführt. Der stirnseitige Zahnwinkel ist derart beschaffen und ausgelegt, daß der Kraftvektor längs der Mittellinie der Dreh welle infolge des Drehmoments etwa gleich der Reibungskraft der Schaltmuf fenkeile längs der Wellenmittellinie ist. Eine ähnliche Schalteinrichtung und eine Arretierkugel wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform wird eingesetzt, um die Schaltmuffe derart auszulegen, daß sie im Eingriffszustand selbstentriegelnd ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin gilt:

Fig. 1 zeigt eine Schaltmuffeneinrichtung gemäß der Erfindung in einer verriegelten drehmomentübertragenden Eingriffsposition;

Fig. 2 zeigt die Schaltmuffeneinrichtung nach der Erfindung nach Fig. 1 in ihrer Ausrückposition;

Fig. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Schaltmuf feneinrichtung nach der Erfindung in einer verriegelten, drehmo mentübertragenden Position;

Fig. 4 zeigt die zweite bevorzugte Ausführungsform der Schaltmuffen einrichtung nach der Erfindung nach Fig. 3 in der ausgerückten Position; und

Fig. 5 zeigt den stirnseitigen Zahn und den zugeordneten Winkel der Eingriffszähne bei der erfindungsgemäßen Auslegung.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung wird unter Be zugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Eine Kupplungsschaltmuffe 10, welche in Form einer Hülse ausgelegt ist, ist koaxial zu einer ersten sich drehenden Welle 12 angeordnet. Die Schaltmuffe 10 ist an der ersten dre henden Welle 12 mittels Keilzähnen 14, welche gleitbeweglich in Eingriff mit zugeordneten Keilnuten 16 der ersten sich drehenden Welle 12 sind, derart angebracht, daß das Drehmoment von der ersten sich drehenden Welle 12 über die Schaltmuffe 10 auf eine zweite sich drehende Welle 18 übertragen wird. Die Schaltmuffe 10 weist einen Abschnitt 20 mit winkeligen Zahnradzäh nen auf, welche derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie mit ähnlichen winkeligen Zähnen 22 der zweiten sich drehenden Welle 18 zusammenarbei ten. Die winkeligen Zähne 20, 22 und die Keilverbindungen 14, 16 sind derart beschaffen und ausgelegt, daß die Schaltmuffe 10 unter. Drehmomentbela stung eine neutrale axiale Krafteinwirkung hat. Die Schaltmuffe 10 ist längs der Längsachsrichtung der ersten sich drehenden Welle 12 gleitbeweglich. Die translatorische Bewegung der Schaltmuffe 10 wird vorzugsweise mit Hilfe der Schalteinrichtung 24 in Verbindung mit einer Arretierkugel 26 vorgenommen, welche dazu eingesetzt wird, die Schaltmuffe 10 an Ort und Stelle unter Drehmomentbelastung selbstätig zu arretieren bzw. zu verriegeln. Die Arretier kugel 26 ist in einer Öffnung 28 der Schaltmuffe 10 angeordnet und in einem Schlitz 30 der ersten sich drehenden Welle 12 mit Hilfe der Schalteinrichtung 24 arretiert. Wenn die Schalteinrichtung 24 längs der Schaltmuffe 10 in Quer richtung bewegt wird, bewegt sich ein Schlitz 32 über die Position der Arretier kugel 26 und ermöglicht, daß die Arretierkugel 26 sich radial aus dem Schlitz 30 in der ersten sich drehenden Welle 12 nach außen und in den Schlitz 32 der Schalteinrichtung 24 bewegt. Die Bewegung wird mittels einer Nockenwir kung des Schlitzes 30 bewerkstelligt, welcher eine sich verjüngende Kante 38 hat, wodurch man Selbstentriegelungseigenschaften erhält. Wie am deutlich sten aus Fig. 2 zu ersehen ist, bewirkt eine fortgesetzte laterale Bewegung der Schalteinrichtung 24, daß die Arretierkugel 26 und die Schaltmuffe 10 lateral auf eine entsprechende Weise bewegt werden. Die Bewegung der Schaltmuffe 10 bewirkt, daß die winkeligen Zahnradzähne an dem Abschnitt 20 von den winkeligen Zähnen 22 der zweiten sich drehenden Welle 18 frei kommen. Der Eingriffszustand wird durch eine Bewegung der Schaltmuffe 10 in Gegenrichtung bewirkt. Die laterale Bewegung der Schalteinrichtung 24 in Richtung auf die zweite sich drehende Welle 18 bewirkt, daß die winkeligen Zahnradzähne an dem Abschnitt 20 in Eingriff mit den winkeligen Zähnen 22 der zweiten sich drehenden Welle 18 kommen. An der Stelle des vollständigen Eingriffszustandes ist die Arretierkugel 26 über dem Schlitz 30 der ersten sich drehenden Welle 12 angeordnet. Der Eingriffszustand verhindert eine weitere laterale Bewegung der Schaltmuffe 10 und der Arretierkugel 26. Bei einer fortgesetzten lateralen Bewegung der Schalteinrichtung 24 in Richtung auf die zweite sich drehende Welle 18 wird bewirkt, daß die Arretierkugel 26 sich in dem Schlitz 30 in der ersten sich drehenden Welle 12 nach unten bewegt.

Diese abwärtsgerichtete Bewegung wird durch einen sich verjüngenden Rand oder eine sich verjüngende Kante 34 des Schalteinrichtungsschlitzes 32 erzielt, welche die Arretierkugel 28 entgegen der feststehenden Kante der Schaltmuf fenöffnung 28 nach unten bewegt, und zu einer Selbstsperreigenschaft in diesem Zustand führt. Infolge der neutralen Kraftauslegungsform läßt sich die Bewegung der Schaltmuffe 10 mit minimalem Kraftaufwand bei der Betätigung der Schalteinrichtung 24 vornehmen. Zusätzlich stellt die Erfindung eine Selbstverriegelungsfunktion und eine Selbstentriegelungsfunktion bei dieser Auslegungsform der Arretierkugel 26 und den entsprechenden zusammen wirkenden Flächen bereit.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist eine Kupplungsschaltmuffe 110 vorgesehen, welche als eine Hülse ausgebildet ist und koaxial zu einer sich drehenden Welle 112 angeordnet ist. Die Schaltmuffe 110 ist an der sich drehenden Welle 112 mit Hilfe von Keilverbindungen 114 angebracht, welche gleitbeweglich mit der zugeordneten Keilnuten 116 der sich drehenden Welle 112 derart zusam menarbeiten, daß ein Drehmoment von der Welle 112 über die Schaltmuffe 110 auf ein zweites Teil 118 übertragen wird, welches bei der dargestellten bevorzugten zweiten Ausführungsform von einer sich drehenden Scheibe gebildet wird. Die Übertragung erfolgt über stirnseitige Zähne 120, welche gegenüber der Mittellinie der sich drehenden Welle 112 versetzt sind, auf der die Schaltmuffe 110 eine Gleitbewegung ausführt. Die stirnseitigen Zähne 120 sind derart beschaffen und ausgelegt, daß sie mit zugeordneten Zähnen 122 auf der sich drehenden Scheibe 118 zusammenarbeiten. Wie in Fig. 5 ge zeigt ist, ist der Stirnzahnwinkel mit α bezeichnet und derart beschaffen und ausgelegt, daß der Kraftvektor längs der Mittellinie der sich drehenden Welle 112 infolge des übertragenen Drehmoments etwa gleich der Reibungskraft der Schaltmuffenkeilverbindungen 114 längs der Wellenmittellinie ist. Wiederum Bezug nehmend auf die Fig. 3 und 4 sind die stirnseitigen Zähne 120 und 122 und die Keilverbindungen 114, 116 derart beschaffen und ausgelegt, daß die Schaltmuffe 10 eine neutrale, axiale Kraftbelastung unter Drehmoment einwirkung hat. Die Schaltmuffe 110 ist längs der Längsachsrichtung der sich drehenden Welle 112 gleitbeweglich. Die translatorische Bewegung der Schalt muffe 110 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Schalteinrichtung 124 in Ver bindung mit einer Arretierkugel 126, welche für eine Selbstarretierfunktion der Schaltmuffe 110 in der Position bei Drehmomentbelastung bestimmt ist. Die Arretierkugel 126 ist in einer Öffnung 128 der Schaltmuffe 110 angeordnet, und in einem Schlitz 130 in der sich drehenden Welle 112 mittels der Schalt einrichtung 124 arretiert bzw. festgelegt. Wenn die Schalteinrichtung 124 lateral längs der Schaltmuffe 110 bewegt wird, bewegt sich ein Schlitz 132 über die Position der Arretierkugel 126 und ermöglicht, daß die Kugel 126 aus dem Schlitz 130 in der sich drehenden Welle 112 in Richtung nach außen bewegt werden kann und in den Schlitz 132 der Schalteinrichtung 124 ein treten kann. Diese Bewegung erfolgt mittels einer Nockenwirkung des Schlit zes 130, welcher eine sich verjüngende Kante 138 an der Arretierkugel 126 hat, so daß man eine Selbstentriegelungsfunktion erhält. Wie am deutlichsten aus Fig. 4 zu ersehen ist, bewirkt eine fortgesetzte laterale Bewegung der Schalteinrichtung 124, daß sich die Arretierkugel 126 und die Schaltmuffe 110 auf eine entsprechende Weise lateral bewegen, bis die Lateralbewegung durch einen Anschlag 136 begrenzt wird. Die Bewegung der Schaltmuffe 110 bewirkt, daß die stirnseitigen Zähne 120 von den Zähnen 122 der sich drehenden Scheibe 118 außer Eingriff kommen. Zum Ineingriffbringen der Schaltmuffe 110 werden die entsprechenden Bewegungen in Gegenrichtungen durch geführt. Die Lateralbewegung der Schalteinrichtung 124 in Richtung auf die sich drehende Scheibe 118 bewirkt, daß die stirnseitigen Zähne 120 in Eingriff mit den Zähne 122 der sich drehenden Scheibe 118 kommen. An der Stelle des vollständigen Eingriffszustandes ist die Arretierkugel 126 über dem Schlitz 130 in der sich drehenden Welle 112 angeordnet. Der Eingriffszustand verhin dert eine weitere laterale Bewegung der Schaltmuffe 110 und der Arretierkugel 126. Bei einer fortgesetzten lateralen Bewegung der Schalteinrichtung 124 in Richtung auf die sich drehende Scheibe 118 wird bewirkt, daß die Arretierku gel 126 in den Schlitz 130 in der sich drehenden Welle 112 in Richtung nach unten gedrückt wird, so daß man eine Selbstverriegelungsfunktion erhält. Die nach unten gerichtete Bewegung wird durch eine konisch ausgebildete Kante 134 des Schlitzes 132 in der Schalteinrichtung bewerkstelligt, welche die Arretierkugel 126 gegen die feste Kante der Öffnung 128 in der Schaltmuffe in Richtung nach unten drückt. Infolge dieser neutralen Kraftauslegung erfolgt die Bewegung der Schaltmuffe 110 mit einem minimalen Kraftaufwand bei der Betätigung der Schalteinrichtung 124. Zusätzlich stellt die Erfindung eine Selbstverriegelungsfunktion und eine Selbstentriegelungsfunktion durch die Auslegungsform der Arretierkugel 126 und der damit zusammenarbeitenden Teile bereit.

Obgleich die Erfindung voranstehend and Hand von bevorzugten Ausführungs formen näher erläutert worden ist, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abände rungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Kupplungsmuffe zum selektiven Übertragen eines Drehmoments von einem ersten sich drehenden Teil auf ein zweites sich drehendes Teil, welche folgendes aufweist:
eine Schaltmuffenhülse (10), welche koaxial zu dem ersten sich drehenden Teil (12) angeordnet ist und eine als Keilverbindung ausgelegte Innenfläche (14) und winkelige Zahnradzähne (20) aufweist, wobei die als Keilverbindung dienende innere Fläche (14) mit einer äußeren Keilfläche (16) des ersten sich drehenden Teils (12) zusammenarbeitet, und die Kupplungsmuffenhülse (10) längs der Längsachse des ersten sich drehenden Teils (12) gleitbeweglich ist,
die winkeligen Zahnradzähne (20) derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie mit ähnlichen winkeligen Zahnradzähnen (22) des zweiten sich drehenden Teils (18) zusammenarbeiten, und
die Zähne (20, 22) und die Keilverbindungen (14, 16) derart im Winkel angeordnet sind, daß die Kupplungsmuffenhülse (10) bei einer Drehmomentbelastung einer neutralen Kraft ausgesetzt ist.

2. Kupplungsmuffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffenhülse (10) eine Öffnung (28) umfaßt, welche eine Arretierkugel (26) aufnimmt, und daß die Arretierkugel (26) selektiv die Kupplungsmuffe (10) in der Position unter einer Drehmomentbelastung verriegelt und entriegelt.

3. Kupplung zum selektiven Übertragen eines Drehmoments von einem ersten sich drehenden Teil auf ein zweites sich drehendes Teil, welche folgendes aufweist:
eine Kupplungsmuffenhülse (10), welche koaxial zu dem ersten sich drehenden Teil (12) angeordnet ist, und eine als Keilverbindung dienende innere Fläche (14) und abgewinkelte Zahnradzähne (20) sowie eine Öffnung (28) aufweist, welche durch eine Wand der Muffe (10) angeordnet ist, wobei die als Keilverbindung dienende innere Fläche (14) in Eingriff mit einer äußeren als Keilverbindung dienenden Fläche (16) des ersten sich drehenden Teils (12) kommt und die Kupplungsmuffenhülse (10) längs der Längsachse des ersten sich drehenden Teils (12) gleitbeweglich ist, wobei die winkeligen Zahnrad zähne (20) derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie mit ähn lichen winkeligen Zahnradzähnen (22) in dem zweiten sich drehenden Teil (18) zusammenarbeiten,
eine Arretierkugel (26), welche in der Öffnung (28) der Kupp lungsmuffenhülse (10) angeordnet ist,
das erste sich drehende Teil (112) einen radialen Schlitz (30) aufweist,
eine Schalteinrichtung (24) koaxial zu der Kupplungsmuffenhül se (10) angeordnet ist und gleitbeweglich längs der Längsachse der Kupplungsmuffenhülse (10) vorgesehen ist, und einen radialen Schlitz (32) auf einer inneren Fläche hat,
die Zähne (20, 22) und die Keilverbindungen (14, 16) im Winkel derart angeordnet sind, daß die Kupplungsmuffenhülse (10) bei einer Drehmomentbelastung unter einer neutralen Kraft steht, und
die Arretierkugel (26) in Verbindung mit der Schalteinrichtung (24) und der Kupplungsmuffenhülse (10) mit Schlitzen (30, 32) zusammenarbeiten, so daß die Kupplungsmuffenhülse (10) in Abhängigkeit von der Bewegung der Schalteinrichtung (24) selbst verriegelt oder selbst entriegelt ist.