DE19961096A1

DE19961096A1 - Betätigungsvorrichtung für Kupplungsring

Info

Publication number: DE19961096A1
Application number: DE19961096A
Authority: DE
Inventors: Bryan M Averill
Original assignee: Warn Industries Inc
Current assignee: Warn Industries Inc
Priority date: 1999-01-05
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: KR100553787B1; JP4188528B2; US6082514A; ES2183669B2; JP2000213555A; KR20000057032A; DE19961096B4; ES2183669A1

Abstract

Ein Betätigungselement für einen Kupplungsring (14) weist eine drehbare Gabel (16) auf, welche kraftschlüssig in den Kupplungsring (14) eingreift und diesen axial verschiebt. Die Gabel (16) ist mit einer auf einem Gewinde aufgesetzten Mutter verbunden. Das Gewinde wird durch einen Antriebsmotor (20) hin und her bewegt, um das Gewinde zwischen Bewegungsendpunkten zu verschieben. Ein Flansch auf der Mutter steht mit dem Schalter in Kontakt, um eine Energiezufuhr vom Motor (20) zu unterbrechen und um das Ende der Verschiebung zu regeln. Blattfedern, welche auf die Gabel (16) aufgesetzt sind, greifen kraftschlüssig in einen Flansch auf dem Kupplungsring (14), um den Kupplungsring (14) dazu zu bringen, sich axial zu bewegen, während die Gabel (16) gedreht wird. Der Kupplungsring (14) umgibt ein Antriebsbauteil und ein anzutreibendes Bauteil und ist in einer Richtung axial verschiebbar, um nur mit einem Antriebsbauteil oder anzutreibenden Bauteil kraftschlüssig in Kontakt zu treten, um das anzutreibende Bauteil vom Antriebsbauteil zu entkoppeln. Der Kupplungsring (14) ist axial in die andere Richtung verschiebbar, um sowohl mit dem Antriebsbauteil als auch anzutreibenden Bauteil kraftschlüssig in Verbindung zu treten, um das Antriebsbauteil mit dem anzutreibenden Bauteil zu koppeln.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Betätigung eines Kupplungsrings zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen eines Antriebs und einer anzutreiben den Welle oder Achse und insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zum Verschieben des Kupplungsrings zwischen Positionen des Kraftschlusses und des Gelöstseins.

Hintergrund der Erfindung

Die Notwendigkeit, einen Antrieb und eine angetriebene Welle kraftschlüssig miteinander zu verbinden und voneinander zu lösen, ist insbesondere bei Fahr zeugen anzutreffen, die zwischen einem Zweirad- und einem Vierradantrieb modus umgeschaltet werden. Typischerweise erstreckt sich eine Vorderradan triebswelle zwischen dem Übertragungskasten (oder dem Getriebe) eines Fahr zeugs zu einem Vorderraddifferential, und eine Hinterradantriebswelle er streckt sich vom Übertragungskasten zu einem Hinterraddifferential. Achsen erstrecken sich von einem jeden Differential zu den jeweiligen linken und rech ten Rädern. Diese Bauteile werden manchmal gemeinsam als der Antriebszug des Fahrzeugs bezeichnet. Je ein Kupplungsring kann an einer oder mehreren Stellen zwischen dem Übertragungskasten (Getriebe) und den Naben der Rä der vorgesehen sein. Typischerweise sind entweder die Hinterräder permanent kraftschlüssig verbunden oder die Vorderräder sind permanent kraftschlüssig verbunden, und dieser Teil des Antriebszugs umfaßt normalerweise keinen Kupplungsring. Jedoch wird ein Kupplungsring sowohl an oder in dem Über setzungskasten als auch bei den Naben der lösbaren Räder bereitgestellt. Das Lösen der beiden sorgt dafür, daß die Bauteile des Antriebszugs zwischen dem Rad und dem Übersetzungskasten inaktiv sind. Sollte der Antriebszug am Übertragungskasten und nicht an den Naben der Räder gelöst werden, werden die Bauteile aufgrund ihrer Verbindung mit dem Rad gedreht. Alternativ hier zu werden die Achsen am Differential von der Antriebswelle gelöst (dies wird als mittiges Lösen bezeichnet). Die Achsen werden immer noch von dem Rad angetrieben, aber die Antriebswelle (welche die größere Masse aufweist) wird in einen inaktiven Zustand versetzt.

Der Kupplungsring wird zwischen Positionen des kraftschlüssigen Verbunden seins und des Gelöstseins durch Betätigungsglieder verschoben. Betätigungs glieder können mechanisch sein (manuelle Getriebe oder automatische Getrie be, welche Nocken verwenden) oder sie können durch Luft, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elek trisches Betätigungselement für einen Kupplungsring.

Ein elektrisch angetriebenes Betätigungselement, wie es im folgenden vorge stellt wird, ist mit einem Elektromotor versehen, welcher mit einer Schaltgabel verbunden ist, die wiederum mit einem Kupplungsring verbunden ist. Wird ein Elektromotor mit Energie versorgt, so verschiebt er aufgrund seiner Bauweise ein Bauteil zwischen zwei exakt definierten Positionen, d. h. es muß ihm mög lich sein, die Bauteile, mit denen er verbunden ist, vollständig zwischen diesen beiden Positionen zu verschieben. Andererseits kann vom Kupplungsring nicht verlangt werden, eine exakt definierte Strecke zu einem bestimmten Zeitpunkt zurückzulegen, da der Kupplungsring mit den Bauteilen zur Erzielung des Kraftschlusses ausgerichtet werden muß, d. h. mit den Keilen auf dem Bauteil, mit dem er zu verbinden ist. Eine Verzögerung muß möglich sein, um eine Aus richtung zu ermöglichen. Dementsprechend müssen die Gabel oder zugehörige Teile der Gabel so konstruiert sein, daß sie eine Verzögerung erlauben. Obwohl sich das Vorhergehende auf ein Kraftschlußproblem bezieht, ergibt sich ein ähnliches Problem während des Lösevorgangs. Wird versucht, die Bauteile von einander zu lösen, während ein großes Drehmoment auf sie einwirkt, wird der Bewegung des Kupplungsrings aufgrund der Reibung ein großer Widerstand entgegengesetzt, was manchmal als Drehmomentkraftschluß oder Drehmo mentverriegelung bezeichnet wird. Während im folgenden meistens von einem Ausrichtungsproblem gesprochen wird, können die Lösungen für dieses Pro blem in gleicher Weise bei einer Drehmomentverriegelung während des Löse vorgangs angewandt werden.

Die Erfindung ist ersonnen worden, um den Aufbau eines elektrisch anzutrei benden Betätigungselements unter den im folgenden beschriebenen Bedingun gen zu optimieren.

Kurze Erläuterung der Erfindung

Das Betätigungselement der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorlie genden Erfindung verwendet einen Elektromotor, einen Ganguntersetzungs- und Führungsgewindeantrieb und einen im wesentlichen allgemeinen Stan dards entsprechenden ringförmigen Kupplungsring. Die Position des Kraft schlusses und Lösens wird dort festgelegt, wo der Kupplungsring die Grenzflä che zwischen einem antreibenden und einem anzutreibenden Bauteil eines An triebszugs (ganz oder teilweise) umgibt und in externe Keilen der beiden Bau teilen kraftschlüssig eingreift, und wo das Betätigungselement des Kupplungs rings auf einen sich nicht drehenden Teil des Fahrwerks des Fahrzeugs aufge setzt ist. Die verbleibenden Bauteile sind eine Gabel und ein Verbindungsele ment, welches die Gabel mit einem Führungsgewinde des Elektromotors ver bindet und eine ringförmige Klammer (Gehäuse), welche fest mit dem Fahr werk verbunden ist und als Aufnahme für den Elektromotor und die Gabel dient, und bevorzugterweise eine Umkapselung der Bauteile des Betätigungse lements bereitstellt.

Der Kupplungsring ist so ausgelegt, daß er relativ zum Antrieb und den anzu treibenden Bauteilen axial verschoben werden kann, während sich die Gabel um eine Achse bewegt, welche durch ihr Eingreifen in die Klammer oder das Gehäuse (Drehachse der Gabel) definiert ist, und sich bevorzugterweise an ei ner in Umfangsrichtung dem Führungsgewinde des Elektromotors diametral gegenüberliegenden Stelle befindet. Eine Verbindung zwischen der drehbar ge lagerten Gabel und dem axial verschiebbaren Kupplungsring wird durch ein Paar von Blattfedern an jeder Seite der Gabel bereitgestellt. Die Blattfedern umfassen jeweils einen Eingriffsschnabel. Die Blattfedern sind beide in der Ga bel an einer Stelle verankert, welche von den Schnäbeln beabstandet ist, wobei die Schnäbel nicht in den Kupplungsring eingreifen, aber gemeinsam ein Anlie gen des Kupplungsrings in der Gabel erzwingen. Die Schnäbel sind aufgrund ihres Aufbaues bevorzugterweise dazu ausgelegt, an längs einer durch die aus gerichteten Schnäbel und die Achse des Kupplungsrings und im wesentlichen parallel zur Drehachse der Gabel verlaufenden Linie diametral gegenüberlie genden Positionen am Kupplungsring kraftschlüssig in den Kupplungsring ein zugreifen. Dies sorgt für ein optimales Gleichgewicht der auf den Kupplungs ring einwirkenden Kräfte.

Die Schnäbel sorgen ausschließlich für eine Verbindung des Kupplungsrings mit der Gabel, wobei die Gabel relativ zum Kupplungsring schwingen kann, wobei die Schwingverbindung eine relative Verdrehung an den Punkten des Kraftschlusses zwischen den Schnäbeln und dem Kupplungsring erlaubt. Da durch wird dem Kupplungsring eine exakte axiale Verschiebung erlaubt, wie sie durch die Keile der Bauteile des Antriebszugs unter Verwendung der Dreh bewegung der Gabel festgelegt wird. Dieselben auf den Blattfedern angebrach ten Schnäbel erlauben auch eine axiale Verschiebung zwischen dem Kupplungsring und den Schnäbeln, leisten dieser aber Widerstand. D. h., wäh rend die Schnäbel den Kupplungsring dazu drängen, sich mit der Gabel zu be wegen, werden die Blattfedern dann, wenn einer solchen Bewegung beispiels weise aufgrund einer fehlenden Ausrichtung der Keile des Kupplungsrings mit den Keilen des anzutreibenden Teils (oder aufgrund eines Drehmomentschlus ses) Widerstand entgegengesetzt wird, sich verbiegen, was zu einer weiteren Bewegung der Gabel und einer verzögerten Bewegung des Kupplungsrings führt. Die Federn drängen nichtsdestoweniger den Kupplungsring in seiner Be wegung weiter, bis die Keile ausgerichtet sind. Die Federn bringen dann den Kupplungsring in die Position der Gabel.

Die Blattfedern stehen bevorzugterweise unter einer Vorspannung, um einen gewünschten Anpreßdruck zu erzeugen, aber solch eine Vorspannung der Blattfedern führt nicht zu einem vergrößerten Reibungskraftschluß zwischen den Schnäbeln und dem Kupplungsring. Wenn der Kupplungsring auf der Ga bel zentriert ist, werden die Schnäbel durch die Dicke der Gabel, welche größer ist als die Dicke des Kupplungsrings, voneinander beabstandet gehalten. Dies führt dazu, daß der Kupplungsring sich frei mit den Bauteilen des Antriebs zugs drehen kann, mit welchem er kraftschlüssig verbunden ist, ohne einen Reibungseinfluß durch die Schnäbel.

Die Kupplungsbauteile der bevorzugten Ausführungsform werden als hilfreiche Merkmale aufgefaßt, welche zu einem elektrischen Gewindemechanismus des Elektromotors und der ringförmigen Gabel hinzugefügt sind. Die Gabel ist mit einem Paar radial nach außen aufstehender Zinken versehen, welche auf einer Sattelstruktur aufsitzen, die auf der Mutter des Gewindemechanismus bereit gestellt ist. Die Zinken sind zwischen axial voneinander beabstandeten Höckern auf der Mutter angebracht, welche in beiden Bewegungsrichtungen der Mutter in die Zinken eingreifen, wodurch die Zinken zwischen axialen Stel lungen nach vorne und rückwärts laufen, was durch die Bewegung der Mutter längs der Länge des vom Motor anzutreibenden Gewindes erzwungen wird.

Diese Anordnung erlaubt ein Drehen der Gabel um ihre Drehachse an gegenü berliegenden Seiten der Klammer. Die Anordnung der Zinken mit dem Satte laufbau der Mutter verhindert eine Drehung der Mutter und erzeugt eine axia le Bewegung der Mutter beim Umdrehen der Führungsgewinde durch den Mo tor.

Ein weiteres Merkmal des Sattels ist die Bereitstellung eines Flanschbereichs, welcher sich vom Sattel erhebt. Ein Paar Schalter sind an voneinander beab standeten Stellen längs der Gewinde und in einem Pfad des Flanschbereichs der Mutter angebracht, während die Mutter zunächst in einer Richtung und dann in der anderen bewegt wird. Beim Kraftschluß des Flanschbereichs mit einem der Schalter wird der Motor angehalten, bis sich die Drehrichtung der Gewinde umgekehrt hat.

Die obengenannte Beschreibung dient nur als summarische Beschreibung der bevorzugten Bauteile und ihrer Wechselwirkung. Die Erfindung wird klarer verständlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschrei bung und die darin erläuterten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Betätigungselements;

Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der inneren Bestandteile des in Fig. 1 gezeigten Betätigungselements;

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 des in Fig. 1 gezeigten Betäti gungselements;

Fig. 4, 5 und 6 sind Querschnitte längs der Linien 4-4 in Fig. 3, welche verschiedene Stufen der Bewegung der Gabel und des Kupplungsrings des in Fig. 1 gezeigten Betätigungselements darstellen;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs;

Fig. 8 ist eine Ansicht eines Radaufbaues des in Fig. 7 gezeigten Fahrzeugs mit dem in Fig. 1 gezeigten Betätigungselement und zeigt den Kupplungsring im Kraftschluß mit nur einem Antriebsbauteil oder anzutreibenden Bauteil;

Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 8, welche den Kupplungsring im Kraftschluß mit sowohl dem Antrieb als auch dem anzutreibenden Bauteil zeigt; und

Fig. 10a, 10b und 10c sind schematische Darstellungen der verschiedenen drehbaren An ordnungen für die Gabel.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Betätigungselement 10 zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen eines Antriebsbauteils mit einem anzutreibenden Bauteil eines Fahr zeugantriebszugs (welcher später in Verbindung mit den Fig. 7 bis 9 erläutert und gezeigt wird). Das Betätigungselement 10 weist eine ringförmige Klammer (Gehäuse) 12 auf, welche in einer nicht drehbaren Weise in ein am Fahrwerk befestigtes Bauteil fest einsetzbar ist. Die Klammer 12 umfaßt die Bauteile des Betätigungselements und umgibt das Antriebsbauteil und die anzutreibenden Bauteile des Antriebszugs eines Fahrzeugs, wie aus den Fig. 8 und 9 ersicht lich. Die Klammer 12 weist Durchbohrungen 11 auf, um es zu erleichtern, daß die Klammer 12 an das Bauteil 100 des Fahrwerks mit herkömmlichen Befesti gungsmitteln, wie zum Beispiel Bolzen 17 (Fig. 8 und 9), befestigt werden kann.

Fig. 1 und 2 zeigen auch, wie durch den Pfeil 15 verdeutlicht, daß ein Kupplungsring 40 in einer Richtung axial verschiebbar ist, um nur mit entwe der dem Antriebsbauteil oder dem anzutreibenden Bauteil kraftschlüssig ver bunden zu werden und in der anderen Richtung verschiebbar ist, um sowohl mit dem Antriebsbauteil als auch dem anzutreibenden Bauteil kraftschlüssig verbunden zu werden. Wenn der Kupplungsring 14 verschoben wird, um kraft schlüssig sowohl mit dem Antriebsbauteil als auch den anzutreibenden Bauteil verbunden zu werden, wird das anzutreibende Bauteil mit dem Antriebsbauteil verbunden.

Eine Schaltgabel 16, welche mit einer verschiebbaren Mutter 18 verbunden ist, bewegt den Kupplungsring 14 axial in die beiden Richtungen. Ein Elektroan triebsmotor 20 (Fig. 2) mit Vorlauf und Rücklauf dreht ein Gewinde 22, auf der die Mutter 18 aufgeschraubt ist. Der Motor 20 ist mit der Antriebsgewinde 22 über ein Schaltgestänge 21 verbunden. Wird der Motor 20 in einer ersten Rich tung angetrieben, so er wird eine Drehbewegung der Gabel 16 sowie die axiale Bewegung des Kupplungsrings 14 in eine Richtung bewirken, wird der Motor 20, in die entgegengesetzte Richtung angetrieben, so wird er die Gabel 16 und den Kupplungsring 14 in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Der Aufbau des Antriebsmotors 20 wird in die vorgeformte Öffnung 24 der Klammer 12 ein gesetzt.

Die Bauteile des Betätigungselements, welche in der in Fig. 1 gezeigten Klam mer 12 umkapselt sind, sind in der Fig. 2 in einer Explosionsdarstellung zu se hen. Der Kupplungsring 40 ist von kreisförmiger Gestalt mit inneren Keilen 26 und einem äußeren Flansch 28. Der Flansch 28 ist ungefähr genau so groß, aber geringfügig kleiner als die Dicke der Gabel 16. Die Gabel 16 ist so dimen sioniert, daß sie den Kupplungsring 14 umgreift und einen vorstehenden Vor sprung 30 aufweist, welcher sich radial von einer Kante erhebt. Die Gabel 16 hat zwei aneinandergrenzende Zinken 32, welche sich radial von der Gabel an einer dem Vorsprung 30 diametral gegenüberliegenden Stelle weg erstrecken. Bogenförmige Blattfedern 34 sind auf einer jeden Seite der Gabel 16 aufge setzt, wobei ein Befestigungselement jeweils in der Nähe des Vorsprungs 30 liegt. Die Federn 34 sind auf der Gabel 16 mittels herkömmlicher Befestigungs mittel, wie z. B. Nieten 33 (Fig. 1), befestigt. Die Blattfedern 34 haben im we sentlichen denselben Radius wie die Gabel 16 und weisen Schnäbel 36 auf, wel che sich radial nach innen hin zur Mitte der Gabel 16 erstrecken, wenn die Fe dern 34 auf der Gabel 16 aufgesetzt sind. Die Schnäbel 36 erstrecken sich nach innen und sind leicht vom Flansch 28 des Kupplungsrings 14 weg versetzt, wo bei der Kupplungsring aufgrund der größeren Dicke der Gabel zwischen den Schnäbeln zentriert ist. Der Kupplungsring 14 wird so mit einem minimalen Widerstand gegenüber einer Drehung des Rings relativ zur Gabel in einer Posi tion innerhalb der Gabel 16 gehalten.

Es ist wünschenswert, daß die Federn vorgespannt sind, und solch eine Vor spannung übt einen zusätzlichen Druck auf die Gabel aus und drängt den Kupplungsring zusätzlich in eine zentrierte Position innerhalb der Gabel. Die Federn 34 verbiegen sich, wenn die Gabel 16 verdreht wird, und wenn der Kupplungsring 40 der Bewegung einen Widerstand entgegensetzt, z. B. auf grund einer Fehlausrichtung der Keile oder eines Drehmomentkraftschlusses. Ein solches Verbiegen der Federn erlaubt es der Gabel 16, ihre Drehbewegung fortzuführen, wenn eine entsprechende Bewegung des Kupplungsrings verhin dert wird. Wenn die Widerstandskraft, welche auf den Kupplungsring ein wirkt, gelockert wird, so drängen die gespannten Blattfedern 34 den Kupplungsring 14 axial in eine mittige Position zwischen den Schnäbeln hin ein. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Schnäbel 36 optimalerweise diametral von einander gegenüberliegend angebracht, und eine Linie, welche durch die Schnäbel verläuft (und durch die Mitte des Kupplungsrings) verläuft parallel zur Drehachse 37 der Gabel. Eine solche Positionierung der Schnäbel sorgt für ein Gleichgewicht der auf den Kupplungsring einwirkenden Spannkraft.

Die Mutter 18 ist im wesentlichen rechteckig und weist Höcker 38 (Fig. 2) auf, welche sich von dem Körper der Mutter 18 nach außen hin erstrecken. Die Höcker 38 und der Flanschbereich der Mutter, von welchem sich die Höcker er heben, definieren einen Sattelbereich der Mutter. Die Zinken 32 der Gabel 16 passen in diesen Sattelbereich (zwischen die Nuten 38) der Mutter 18, wenn die Einheiten zusammengesetzt werden. Die Zinken 32, welche in den Sattelbe reich der Mutter 18 gegen die flachen Seiten der Mutter zum Anliegen kom men, verhindern eine Drehung der Mutter 18, während das Gewinde 22 durch den Motor 20 angetrieben wird. Das heißt, während das Gewinde 22 in die eine oder andere Richtung gedreht wird, wird die Mutter 18 längs der Gewinde 22 verschoben und die Zinken 32 der Gabel 16 (welche zwischen den Höckern 38 eingeschlossen sind) werden der Mutter folgen, um die Gabel 16 auf ihrem Drehpunkt (Kerbe 13, Fig. 1) zu drehen. Die Mutter 18 hat einen vorspringen den Flansch 40, welcher in Kontakte eingreift, die auf dem Anschlagsschalter 42 an den beiden Endpunkten angebracht sind, während die Mutter 18 längs der Gewinde 22 in einer Richtung und dann in der anderen wandert. Der An schlagsschalter schaltet die Leistungszufuhr des Motors 20 ab, um die Bewe gung der Mutter 18 und damit die Drehung der Gabel 16 zu unterbinden.

Fig. 1 und 3 der Zeichnungen zeigen das Betätigungselement in einem zusam mengebauten Zustand. Wie gezeigt, ist der Vorsprung 30 der Schaltgabel 16 in einer Kerbe 13 (Drehlager der Gabel) der Klammer 12 (welche eine Drehachse 37 festlegt) eingesetzt, und der Motoraufbau 20 wurde in der Ausnehmung 24 der Klammer 12 eingesetzt. Die Zinken 32 der Gabel 16 greifen in den Sattelbe reich der Mutter 18 und die Gabel 16 wird in Drehrichtung verschoben, wäh rend die Nut 118 auf der Gewinde 22 wandert. Die Schaltgabel 18 wird da durch auf dem Vorsprung 30 gedreht, welcher in die Kerbe 13 der Klammer 12 eingreift. Der Kupplungsring 14 wird durch die Schnäbel 36 der Blattfedern 34 gehalten, welche auf einer jeden Seite des Flansches 28 des Kupplungsrings 14 angebracht sind. Es ist einsichtig, daß die Blattfedern 34 nachgeben, wenn die Gabel gedreht wird, und der Kupplungsring 40 nicht mit den Eingriffskompo nenten, d. h. mit den Keilen, auf das anzutreibenden Bauteil ausgerichtet ist. Dies erlaubt es der Schaltgabel 16 ihre Drehbewegung ohne eine entsprechen de Bewegung des Kupplungsrings fortzusetzen, und nach Ausrichtung der Kei len des Kupplungsrings mit dem anzutreibenden Bauteil werden die Blattfe dern 14 den Kupplungsring 40 dazu zwingen, axial in eine mittige Position in der Gabel einzugreifen und somit mit dem anzutreibenden Bauteil in Kraft schluß zu kommen.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Drehbewegung der Gabel 16 und die aale Bewegung des Kupplungsrings 14, welche durch die Bewegung der Mutter 18 längs der Gewinde 22 verursacht werden. Fig. 4 zeigt die Mutter 18, welche zu einem der Anschlagspunkte hin gewandert ist, wodurch der Motor 20 durch den Flansch 40 der den Schalter 42 berührenden Mutter angehalten wird. Der Kupplungsring 40 ist in durchgezogenen Linien gezeichnet, und zwar in einem Zustand, bei dem der Kupplungsring 14 nicht durch die Drehbewegung der Ga bel 16 bewegt worden ist. Die Gabel 16 hat sich gedreht, und da der Kup plungsring 40 sich nicht bewegt hat, geben die Blattfedern 34 an der Untersei te des Kupplungsrings nach oder biegen sich. Die gestrichelte Linie zeigt, wo der Kupplungsring ohne Widerstand positioniert wäre. Wenn der Widerstand gegenüber der Bewegung des Kupplungsrings 14 gelöst worden ist, wird der Kupplungsring 14 durch die Spannkraft der Blattfeder 34 aal verschoben. Dies ist in Fig. 5 gezeigt, wo der Kupplungsring 14 durch die Einwirkung der Schnäbel 36 der auf den Flansch 28 des Kupplungsrings 14 einwirkenden Blattfeder 34 axial verschoben worden ist. Fig. 6 veranschaulicht, wie die Mut ter 18 zu ihrem anderen Anschlagsende gewandert ist und der Kupplungsring 14 abermals einen Widerstand gegen eine Bewegung zeigt. Die Blattfeder 34 auf der Halteseite des Kupplungsrings wird nachgeben (sich verbiegen), was ei ne Drehung der Gabel 16 ermöglicht. Wenn der Widerstand gegenüber einer Bewegung aufgehoben wird, wird der Kupplungsring 14 durch die Vorspan nung der Blattfeder 34 axial verschoben.

Einer der Zustände, bei denen der Kupplungsring 14 einer Bewegung Wider stand leistet, ist gegeben, wenn die Keile eines Antriebsbauteils mit den Keilen eines anzutreibenden Bauteils nicht ausgerichtet sind. Der Kupplungsring 14 greift zum Beispiel nur in die Antriebsbauteile kraftschlüssig ein und ist des halb nicht mit den Keilen des anzutreibenden Bauteils ausgerichtet. Wenn die Keile des Antriebsbauteils und des anzutreibenden Bauteils zueinander ausge richtet werden, wird der Kupplungsring 14 axial verschoben, um aufgrund der Einwirkung der Blattfeder 34 sowohl mit den Antriebskomponenten als auch den anzutreibenden Bauteilen kraftschlüssig verbunden zu werden. Ein ande rer Zustand, der für einen Widerstand gegenüber Bewegung sorgt, ist gegeben, wenn der Kupplungsring 14 sowohl mit dem Antriebsbauteil als auch dem an zutreibenden Bauteil gekoppelt ist, und durch das Antriebsbauteil ein Drehmo ment auf das angetriebene Bauteil ausgeübt wird. Die Kraft, welche zwischen den Kupplungsring, dem Antriebsbauteil und dem anzutreibenden Bauteil ein wirkt, sorgt für eine Bindungswirkung (Drehmomentenschluß), welche verhin dern kann, daß der Kupplungsring 14 sich weiterbewegt, bis die angelegte Kraft gelöst wird.

Wie zuvor erwähnt wird das Betätigungselement 10 verwendet, um ein An triebsbauteil an ein anzutreibendes Bauteil zu koppeln und zwar durch Bewe gen des Kupplungsrings 14 in eine Position, wo die inneren Keile 26 des Kup plungsrings 14 sowohl das Antriebsbauteil als auch die anzutreibenden Bautei len kraftschlüssig verbinden. Der Kupplungsring 14 wird in eine Position ge bracht, wo die inneren Keile 26 nur entweder in das Antriebsteil oder in das angetriebene Teil eingreifen, um das Antriebsteil vom anzutreibenden Teil zu lösen. Es versteht sich jedoch, daß das Betätigungselement 10 auch in einem Fahrzeug verwendet werden kann, um einen Mechanismus zum kraftschlüssi gen Verbinden/Lösen an verschiedenen Positionen im Antriebszug eines Fahr zeugs bereitzustellen.

Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeug mit vorderen Reifensätzen 60 und hinteren Reifensätzen 62. Bei diesem Beispiel weist das Fahrzeug einen Vierradantrieb auf und kann entweder in einem Zweiradantriebsmodus oder einem Vierradantriebsmodus betrieben werden. Ein Motor 64 leitet Energie auf ein Getriebe 66, welches wiederum mit einer anzutreibenden Welle 68 gekop pelt wird, welches den Hinterradsatz 62 über ein Differential 70 antreibt. Ach sen 72 erstrecken sich vom Differential 70 zu einem jeden der Radsätze 62. Der Übertragungskasten 74, welcher mit dem Getriebe 66 gekoppelt ist, weist eine mit dem Vorderdifferential 78 verbundenen Antriebswelle 76 auf. Achsen 80 erstrecken sich vom Differential 78 zu einem jeden der Reifensätze 60. Typi scherweise weist der Übertragungskasten 74 einen Schaltmechanismus auf, welcher Leistung von der vorderen anzutreibenden Welle überträgt oder so schaltbar ist, so daß er keine Leistung auf die vordere Antriebswelle 76 gibt. Wenn der Übertragungskasten in einen Zustand geschaltet wird, in dem er kei ne Energie auf die vordere Antriebswelle 76 gibt, so ist das Fahrzeug im Zwei radantriebsmodus zu betreiben. Um es in einem Vierradantriebsmodus zu be treiben, wird der Übertragungskasten 74 geschaltet, so daß der Übertragungs kasten Energie auf die vordere anzutreibende Welle 76 gibt.

Der Vorderreifensatz 60 wird von den Frontachsen 80 abgekoppelt, wenn das Fahrzeug in einem Zweiradantriebsmodus betrieben wird, so daß die Radsätze 60 die Vorderachsen 80 nicht antreiben, um eine Drehbewegung über das Diffe rential 78 und die Antriebswelle 76 auf den Übertragungskasten 74 zu übertra gen. Dies wird erwünscht, um die Wirksamkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.

Das Betätigungselement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu ge eignet, ein Kopplungselement zwischen den Vorderreifensätzen 60 und den vorderen Achsen 80 bereitzustellen, und ist weiterhin dazu geeignet, mit dem Vorderdifferential 78 zusammenzuwirken, wodurch das Betätigungselement 10 eine der Achsen 80 des vorderen Radsatzes 60 verbindet. Weiterhin kann das Betätigungselement 10 auch zum Schalten des Übertragungskastens zwischen einem Zweiradantriebsmodus und einem Vierradantriebsmodus auf den Über tragungskasten einwirken. Zusätzlich ist typischerweise der Übertragungska sten in Verbindung mit dem Getriebe 66 so ausgelegt, daß er einen hohen und einen niedrigen Bereich aufweist, und das Betätigungselement 10 ist zum Han tieren mit diesen Schaltwechselanforderungen geeignet.

Die Fig. 8 und 9 zeigen ein Beispiel der Verwendung des Betätigungselements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 8 und 9 wird das Betäti gungselement 10 auf eine Radnabe gegeben, um eine Radspindel 94 mit der Antriebsachse 80 zu koppeln und die Radspindel 94 von der Antriebsachse der Vorderradsätze 60 zu entkoppeln. Wie gezeigt, ist das Betätigungselement 10 in nicht drehender Weise auf den Aufsatz 100 des Vorderradsatzes 60 starr aufgesetzt. In Fig. 8 ist der Kopplungsring 14 verschoben worden, um kraft schlüssig nur in die Keile 90 der Antriebsachse 80 einzugreifen. Wenn der Kupplungsring 14 in diese Position gebracht worden ist, wird die Radspindel 94 der Nabe von der Antriebsachse 80 abgekoppelt. Fig. 9 zeigt, daß der Kupplungsring 14, wenn er verschoben ist, sowohl mit den Keilen 90 auf der Antriebsachse 80 und den Keilen 92 auf der Spindel 94 in Kraftschluß kommt. Dies koppelt das Rad 60 an die Antriebsachse 80, und wenn Energie auf die vordere Antriebswelle 76 durch das Differential 78 übertragen wird, werden die Räder 60 durch die vom Motor 64 übertragene Antriebskraft angetrieben.

Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, daß Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne vom wahren Geist und Schutzbereich der vorlie genden Erfindung abzuweichen. Eine einfache Darstellung einer solchen Abän derung oder Variation ist in den Fig. 10b und 10c gezeigt. Fig. 10a veranschau licht eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie oben er läutert. Die Gabel 16 umgibt den Kupplungsring (nicht gezeigt) und die Mutter 18 ist diametral der Drehachse 37 entgegengesetzt. Die von dem Führungsge winde des Motors (ebenfalls nicht gezeigt) angetriebene Mutter dreht den Kupplungsring um die Drehachse 37. In Fig. 10b ist die Mutter 18' zwischen der Gabel 16' und der Drehachse 37' gezeigt und dreht dennoch die Schnäbel 36'. In Fig. 10c sind die Drehachse 37" und die Mutter 18" im Vergleich zu Fig. 10b in Position gedreht, bewirken aber nichtsdestoweniger ein Drehen der Ga bel 16" und somit der Schnäbel 35". Die Erfindung ist deshalb nicht auf die be schriebenen und gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern ist anhand der beigefügten Ansprüche zu ermitteln.

Claims

1. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses für den Antriebszug eines Fahrzeugs, welche umfaßt:
ein Antriebsbauteil des Antriebszugs und ein anzutreibendes Bauteil des Antriebszugs in einer gegenüberliegenden Stellung, welche einen Übergang bilden, einen Kupplungsring (14), welcher dauerhaft entweder mit dem An triebsbauteil oder dem anzutreibenden Bauteil verbunden und axial verschieb bar ist in eine und aus einer Verbindung mit dem jeweils anderen Bauteil (an zutreibendes Bauteil oder Antriebsbauteil), um das Antriebsbauteil mit dem anzutreibenden Bauteil zu verbinden oder von diesem zu lösen;
eine Gabel (16), welche den Kupplungsring (14) zumindest teilweise umgibt, durch Federn (34) vorgespannte Schnäbel (36), welche auf der Gabel (16) aufsitzen und sich von der Gabel (16) längs einer jeden Seite des Kup plungsrings (14) erstrecken, um den Kupplungsring (14) innerhalb der Gabel (16) anzupressen, einen drehbar am Fahrzeug befestigten Fortsatz der Gabel (16), und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Motor (20), welcher die Gabel (16) kraftschlüssig mit einer Antriebskraft verbindet, welche die Gabel (16) dreht und den Kupplungsring (14) axial in einen verbundenen oder gelösten Zustand mit dem jeweils anderen Bauteil versetzt.

2. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 1, wobei der Motor (20) ein Elektromotor (20) mit Vorlauf und Rück lauf vorgesehen ist, welcher drehbar ein Führungsgewinde (22) und eine Mut ter (18) antreibt, die auf das Führungsgewinde aufgeschraubt ist und längs dem Führungsgewinde nach vorne und hinten in Abhängigkeit von der Dre hung verschoben wird, wobei die Mutter (18) kraftschlüssig in die Gabel (16) greift, um ein Drehen der Gabel (16) zu bewirken.

3. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 1, wobei ein Paar von Schnäbeln (36) auf einer jeden Seite des Kup plungsrings (14) vorgesehen ist, wobei ein jedes Paar von Schnäbeln (36) rela tiv zum Kupplungsring (14) zueinander diametral gegenübergesetzt angeord net ist, und die Paare von Schnäbeln (36) an jeder Seite des Kupplungsrings (14) voneinander beabstandet angebracht sind, wobei der Kupplungsring (14) in der Gabel (16) zentriert ist, und die Schnäbel (36) die Drehung des Kup plungsrings (14) nicht behindern.

4. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 2, wobei die Mutter (18) die Gabel (16) sowohl in einen verbundenen als auch gelösten Zustand relativ zu dem jeweils verbleibenden Antriebsbauteil oder anzutreibenden Bauteil versetzt.

5. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses in ei nem Fahrzeug, welches zwischen einem Zweiradantriebs- und einem Vierrad antriebsmodus umschaltbar ist, und welche umfaßt:
einen Antriebszug für ein Fahrwerk mit Sätzen von Vorder- und Hin terrädern (60, 62), wobei sich der Antriebszug zwischen einem Getriebe und ei nem der Sätze der Vorder- und Hinterräder des Fahrzeugs erstreckt und einen Übergang zwischen einem Antriebsbauteil und einem anzutreibenden Bauteil des Antriebszugs umfaßt, wobei der Übergang in nächster Nähe zu einem sich nicht drehenden Teil des Fahrwerks angebracht ist;
einen ringförmigen Kupplungsring (14), welcher in nicht drehender Beziehung zu entweder einem Antriebsbauteil oder einem anzutreibenden Bau teil angebracht ist und dieses Bauteil umgreift und längs der Längserstreckung des Antriebszugs zwischen einer Eingriffsposition und einer Warteposition re lativ zu dem jeweils anderen Bauteil (anzutreibendes Bauteil oder Antriebs bauteil) axial verschiebbar angebracht ist;
eine ringförmige Klammer (12), welche das Antriebsbauteil und/oder das anzutreibende Bauteil umgreift und fest mit dem sich nicht drehenden Bauteil des Fahrwerks verbunden ist, wobei diese Klammer (12) in Umfangs richtung einander gegenüberliegende Seiten aufweist, einen Elektromotor (20), welcher auf der Klammer (12) an einer Umfangsseite hiervon aufgesetzt ist und ein Drehlager für eine Gabel (16), welche auf der Klammer (12) an dem an deren Umfangsende der Klammer (12) angebracht ist, wobei der Elektromotor (20) eine anzutreibendes Bauteil umfaßt, welches durch den Elektromotor (20) längs der Länge des Antriebszugs zwischen einer ersten und einer zweiten Po sition axial verschiebbar ist;
eine Gabel (16), welche den ringförmigen Kupplungsring (14) mit in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten umfaßt, wobei eine Seite drehbar mit dem Drehlager der Gabel (16) auf der Klammer (12) zusammenwirkt und die andere Seite durch ein Kupplungselement mit dem axial verschiebbaren Bauteil des Elektromotors (20) verbunden ist, wobei die Gabel (16) gegenüber liegende Federelemente aufweist mit gegenüberliegenden Schnäbeln (36) an ei ner mittigen Position zwischen dem Elektromotor und dem Gabellager, welches den Kupplungsring (14) an die Gabel (16) anpreßt; und
wobei die axiale Verschiebung des anzutreibenden Bauteils verur sacht wird durch den Elektromotor (20) und aufgrund der Kopplung der Gabel (16) an das anzutreibende Bauteil, wodurch das anzutreibende Bauteil, ein Drehmoment auf die im Drehlager gelagerte Gabel (16) ausübt, und durch die Vorspannung der Federelementschnäbel eine axiale Verschiebung des Kup plungsrings (14) erzwungen wird, und wobei die Federelementschnäbel eine ge gen einen Widerstand erfolgende verzögerte Bewegung des Kupplungsrings (14) ermöglichen, wie sie für den Kraftschluß des Kupplungsrings mit dem je weils anderen Bauteil (anzutreibendes Bauteil oder Antriebsbauteil) benötigt wird.

6. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 5, wobei die Federelemente Blattfedern sind, welche normalerweise in die axial gegenüberliegenden Gabelseiten und in einer in axialer Richtung voneinander beabstandeten Anordnung kraftschlüssig eingreifen, um eine freie Drehung des Kupplungsrings (14) relativ zur Gabel (16) zu ermöglichen.

7. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 6, wobei die Blattfedern gegen die Gabelseiten vorgepreßt sind, um die gewünschte Anpreßkraft der Schnäbel zu erbringen, wenn diese den Kup plungsring berühren.

8. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 5, wobei der Elektromotor (20) ein Gewinde antreibt und das anzu treibende Bauteil eine Mutter ist, welche auf das Gewinde aufgeschraubt ist.

9. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 8, wobei das Kupplungselement auf dem anzutreibenden Bauteil als Sattelaufbau aufgesetzt ist und Zinken auf der Gabel (16) bereitgestellt sind, welche kraftschlüssig in diesen Aufbau eingreifen, wobei die Zinken und der Sattelaufbau gemeinsam angebracht sind, um ein Drehen der Mutter auf dem Gewinde zu verhindern, um dadurch eine Verschiebung der Mutter axial längs des Gewindes und eine Bewegung der Zinken mit der Bewegung der Mutter zu bewirken, wodurch die Gabel (16) gedreht wird.

10. Vorrichtung zum Herbeiführen bzw. Lösen eines Kraftschlusses nach Anspruch 9, wobei Endschalter längs der Länge der Gewinde und an jeder Sei te des anzutreibenden Bauteils bereitgestellt sind, wobei das anzutreibende Bauteil so ausgelegt ist, daß in einer jeden Richtung der Bewegung ein End schalter (42) eingreift, um eine exakte Bewegung des anzutreibenden Bauteils zwischen den Endpositionen der Bewegung festzulegen.