DE19961096B4

DE19961096B4 - Betätigungsvorrichtung für Kupplungsring

Info

Publication number: DE19961096B4
Application number: DE19961096A
Authority: DE
Inventors: Bryan M. Tualatin Averill
Original assignee: Warn Industries Inc
Current assignee: Warn Industries Inc
Priority date: 1999-01-05
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: JP4188528B2; KR100553787B1; JP2000213555A; DE19961096A1; ES2183669A1; KR20000057032A; US6082514A; ES2183669B2

Abstract

Betätigungsvorrichtung für einen Kupplungsring zum Verbinden oder Lösen eines Kraftschlusses für den Antriebszug eines Fahrzeugs, welche umfasst:
ein Antriebsbauteil (80) des Antriebszugs und ein anzutreibendes Bauteil (94) des Antriebszugs in einer gegenüberliegenden Stellung, welche einen Übergang bilden; einen Kupplungsring (14), welcher dauerhaft entweder mit dem Antriebsbauteil (80) oder dem anzutreibenden Bauteil (94) verbunden und axial verschiebbar ist in eine und aus einer Verbindung mit dem jeweils anderen Bauteil, um das Antriebsbauteil (80) mit dem anzutreibenden Bauteil (94) zu verbinden oder von diesem zu lösen;
eine Gabel (16), welche den Kupplungsring (14) zumindest teilweise umgibt; durch Blattfedern (34) vorgespannte Schnäbel (36), welche auf der Gabel (16) aufsitzen und sich von der Gabel (16) längs einer jeden Seite des Kupplungsrings (14) erstrecken, um den Kupplungsring (14) innerhalb der Gabel (16) anzupressen; einen drehbar am Fahrzeug befestigten Vorsprung (30) der Gabel (16), und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Elektromotor (20), welcher...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Betätigung eines Kupplungsrings zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen eines Antriebs und einer anzutreibenden 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 DE 38 17 352 C2 zeigt bereits eine Betätigungsvorrichtung für einen Kupplungsring zum Verbinden oder Lösen eines Kraftschlusses für den Antriebszug eines Fahrzeugs. Diese Vorrichtung umfasst ein Antriebsbauteil (Antriebswelle) und ein anzutreibendes Bauteil (Radnabe), die mittels eines axial verschiebbaren Kupplungsrings (zweites Kupplungsglied) kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Die axiale Verschiebung des Kupplungsrings wird mittels eines Elektromotors realisiert. Der Kupplungsring wird durch eine Schaltfeder derart vorbelastet, dass er in Kontakt mit einem Klauenabschnitt eines Halters kommt. Weiter ist eine Rückholfeder vorgesehen, um den Kupplungsring über den Halter in der Ausgangsstellung festzulegen.
Die Notwendigkeit, einen Antrieb und eine angetriebene Welle kraftschlüssig miteinander zu verbinden und voneinander zu lösen, ist insbesondere bei Fahrzeugen anzutreffen, die zwischen einem Zweirad- und einem Vierradantriebmodus umgeschaltet werden. Typischerweise erstreckt sich eine Vorderradantriebswelle zwischen dem Übertragungskasten (oder dem Getriebe) eines Fahrzeugs zu einem Vorderraddifferential, und eine Hinterradantriebswelle erstreckt sich vom Übertragungskasten zu einem Hinterraddifferential. Achsen erstrecken sich von einem jeden Differential zu den jeweiligen linken und rechten 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 Räder 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 Übersetzungskasten 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 hierzu 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 Verbundenseins und des Gelöstseins durch Betätigungsglieder verschoben. Betätigungsglieder können mechanisch sein (manuelle Getriebe oder automatische Getriebe, welche Nocken verwenden) oder sie können durch Luft, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Betätigungselement für einen Kupplungsring.
Ein elektrisch angetriebenes Betätigungselement, wie es im folgenden vorgestellt 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 möglich 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 Ausrichtung 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 voneinander 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 Drehmomentverriegelung 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 Lösevorgangs angewandt werden.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau einer elektrisch anzutreibenden Betätigungsvorrichtung unter den oben beschriebenen Bedingungen zu optimieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Betätigungselements;
2 ist eine Explosionsdarstellung der inneren Bestandteile des in 1 gezeigten Betätigungselements;
3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 des in 1 gezeigten Betätigungselements;
4, 5 und 6 sind Querschnitte längs der Linien 4-4 in 3, welche verschiedene Stufen der Bewegung der Gabel und des Kupplungsrings des in 1 gezeigten Betätigungselements darstellen;
7 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs;
8 ist eine Ansicht eines Radaufbaues des in 7 gezeigten Fahrzeugs mit dem in 1 gezeigten Betätigungselement und zeigt den Kupplungsring im Kraftschluß mit nur einem Antriebsbauteil oder anzutreibenden Bauteil;
9 ist eine Ansicht ähnlich der 8, welche den Kupplungsring im Kraftschluß mit sowohl dem Antrieb als auch dem anzutreibenden Bauteil zeigt; und
10a, 10b und 10c sind schematische Darstellungen der verschiedenen drehbaren Anordnungen für die Gabel.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Betätigungselement 10 zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen eines Antriebsbauteils mit einem anzutreibenden Bauteil eines Fahrzeugantriebszugs (welcher später in Verbindung mit den 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 8 und 9 ersichtlich. Die Klammer 12 weist Durchbohrungen 11 auf, um es zu erleichtern, daß die Klammer 12 an das Bauteil 100 des Fahrwerks mit herkömmlichen Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Bolzen 17 (8 und 9), befestigt werden kann.
1 und 2 zeigen auch, wie durch den Pfeil 15 verdeutlicht, daß ein Kupplungsring 40 in einer Richtung axial verschiebbar ist, um nur mit entweder dem Antriebsbauteil oder dem anzutreibenden Bauteil kraftschlüssig verbunden 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 kraftschlüssig 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 Elektroantriebsmotor 20 (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 Richtung 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 eingesetzt.
Die Bauteile des Betätigungselements, welche in der in 1 gezeigten Klammer 12 umkapselt sind, sind in der 2 in einer Explosionsdarstellung zu sehen. 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 dimensioniert, daß sie den Kupplungsring 14 umgreift und einen vorstehenden Vorsprung 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 aufgesetzt, wobei ein Befestigungselement jeweils in der Nähe des Vorsprungs 30 liegt. Die Federn 34 sind auf der Gabel 16 mittels herkömmlicher Befestigungsmittel, wie z. B. Nieten 33 (1), befestigt. Die Blattfedern 34 haben im wesentlichen denselben Radius wie die Gabel 16 und weisen Schnäbel 36 auf, welche sich radial nach innen hin zur Mitte der Gabel 16 erstrecken, wenn die Federn 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, wobei 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 Position innerhalb der Gabel 16 gehalten.
Es ist wünschenswert, daß die Federn vorgespannt sind, und solch eine Vorspannung 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. aufgrund 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 verhindert wird. Wenn die Widerstandskraft, welche auf den Kupplungsring einwirkt, gelockert wird, so drängen die gespannten Blattfedern 34 den Kupplungsring 14 axial in eine mittige Position zwischen den Schnäbeln hinein. Wie in 3 gezeigt, sind die Schnäbel 36 optimalerweise diametral voneinander 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 (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 Sattelbereich der Mutter 18 gegen die flachen Seiten der Mutter zum Anliegen kommen, 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, 1) zu drehen. Die Mutter 18 hat einen vorspringenden 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 Anschlagsschalter schaltet die Leistungszufuhr des Motors 20 ab, um die Bewegung der Mutter 18 und damit die Drehung der Gabel 16 zu unterbinden.
1 und 3 der Zeichnungen zeigen das Betätigungselement in einem zusammengebauten 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 Sattelbereich der Mutter 18 und die Gabel 16 wird in Drehrichtung verschoben, während die Nut 118 auf der Gewinde 22 wandert. Die Schaltgabel 18 wird dadurch 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 Eingriffskomponenten, d. h. mit den Keilen, auf das anzutreibenden Bauteil ausgerichtet ist. Dies erlaubt es der Schaltgabel 16 ihre Drehbewegung ohne eine entsprechende Bewegung des Kupplungsrings fortzusetzen, und nach Ausrichtung der Keilen des Kupplungsrings mit dem anzutreibenden Bauteil werden die Blattfedern 14 den Kupplungsring 40 dazu zwingen, axial in eine mittige Position in der Gabel einzugreifen und somit mit dem anzutreibenden Bauteil in Kraftschluß zu kommen.
Die 4, 5 und 6 zeigen die Drehbewegung der Gabel 16 und die axiale Bewegung des Kupplungsrings 14, welche durch die Bewegung der Mutter 18 längs der Gewinde 22 verursacht werden. 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 Gabel 16 bewegt worden ist. Die Gabel 16 hat sich gedreht, und da der Kupplungsring 40 sich nicht bewegt hat, geben die Blattfedern 34 an der Unterseite 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 axial verschoben. Dies ist in 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. 6 veranschaulicht, wie die Mutter 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 eine Drehung der Gabel 16 ermöglicht. Wenn der Widerstand gegenüber einer Bewegung aufgehoben wird, wird der Kupplungsring 14 durch die Vorspannung der Blattfeder 34 axial verschoben.
Einer der Zustände, bei denen der Kupplungsring 14 einer Bewegung Widerstand 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 deshalb nicht mit den Keilen des anzutreibenden Bauteils ausgerichtet. Wenn die Keile des Antriebsbauteils und des anzutreibenden Bauteils zueinander ausgerichtet 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 anderer Zustand, der für einen Widerstand gegenüber Bewegung sorgt, ist gegeben, wenn der Kupplungsring 14 sowohl mit dem Antriebsbauteil als auch dem anzutreibenden 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 einwirkt, sorgt für eine Bindungswirkung (Drehmomentenschluß), welche verhindern kann, daß der Kupplungsring 14 sich weiterbewegt, bis die angelegte Kraft gelöst wird.
Wie zuvor erwähnt wird das Betätigungselement 10 verwendet, um ein Antriebsbauteil an ein anzutreibendes Bauteil zu koppeln und zwar durch Bewegen des Kupplungsrings 14 in eine Position, wo die inneren Keile 26 des Kupplungsrings 14 sowohl das Antriebsbauteil als auch die anzutreibenden Bauteilen kraftschlüssig verbinden. Der Kupplungsring 14 wird in eine Position gebracht, 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 kraftschlüssigen Verbinden/Lösen an verschiedenen Positionen im Antriebszug eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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 gekoppelt wird, welches den Hinterradsatz 62 über ein Differential 70 antreibt. Achsen 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. Typischerweise 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 keine Energie auf die vordere Antriebswelle 76 gibt, so ist das Fahrzeug im Zweiradantriebsmodus zu betreiben. Um es in einem Vierradantriebsmodus zu betreiben, 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 Differential 78 und die Antriebswelle 76 auf den Übertragungskasten 74 zu übertragen. Dies wird erwünscht, um die Wirksamkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.
Das Betätigungselement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu geeignet, 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 Übertragungskasten einwirken. Zusätzlich ist typischerweise der Übertragungskasten in Verbindung mit dem Getriebe 66 so ausgelegt, daß er einen hohen und einen niedrigen Bereich aufweist, und das Betätigungselement 10 ist zum Hantieren mit diesen Schaltwechselanforderungen geeignet.
Die 8 und 9 zeigen ein Beispiel der Verwendung des Betätigungselements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In den 8 und 9 wird das Betätigungselement 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 8 ist der Kopplungsring 14 verschoben worden, um kraftschlüssig 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. 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.
Eine einfache Darstellung einer solchen Abänderung oder Variation ist in den 10b und 10c gezeigt. 10a veranschaulicht eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie oben erläutert. Die Gabel 16 umgibt den Kupplungsring (nicht gezeigt), und die Mutter 18 ist diametral der Drehachse 37 entgegengesetzt. Die von dem Führungsgewinde des Motors (ebenfalls nicht gezeigt) angetriebene Mutter dreht den Kupplungsring um die Drehachse 37. In 10b ist die Mutter 18' zwischen der Gabel 16' und der Drehachse 37' gezeigt und dreht dennoch die Schnäbel 36'. In 10c sind die Drehachse 37'' und die Mutter 18'' im Vergleich zu 10b in Position gedreht, bewirken aber nichtsdestoweniger ein Drehen der Gabel 16'' und somit der Schnäbel 35''.

Claims

Betätigungsvorrichtung für einen Kupplungsring zum Verbinden oder Lösen eines Kraftschlusses für den Antriebszug eines Fahrzeugs, welche umfasst: ein Antriebsbauteil (80) des Antriebszugs und ein anzutreibendes Bauteil (94) des Antriebszugs in einer gegenüberliegenden Stellung, welche einen Übergang bilden; einen Kupplungsring (14), welcher dauerhaft entweder mit dem Antriebsbauteil (80) oder dem anzutreibenden Bauteil (94) verbunden und axial verschiebbar ist in eine und aus einer Verbindung mit dem jeweils anderen Bauteil, um das Antriebsbauteil (80) mit dem anzutreibenden Bauteil (94) zu verbinden oder von diesem zu lösen; eine Gabel (16), welche den Kupplungsring (14) zumindest teilweise umgibt; durch Blattfedern (34) vorgespannte Schnäbel (36), welche auf der Gabel (16) aufsitzen und sich von der Gabel (16) längs einer jeden Seite des Kupplungsrings (14) erstrecken, um den Kupplungsring (14) innerhalb der Gabel (16) anzupressen; einen drehbar am Fahrzeug befestigten Vorsprung (30) der Gabel (16), und einen mit dem Fahrzeug verbundenen Elektromotor (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 (80, 94) versetzt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor (20) mit Vorlauf und Rücklauf vorgesehen ist, welcher drehbar ein Führungsgewinde (22) und eine Mutter (18) antreibt, die auf das Führungsgewinde (22) aufgeschraubt ist und längs dem Führungsgewinde (22) nach vorne und hinten in Abhängigkeit von der Drehung verschoben wird, wobei die Mutter (18) kraftschlüssig in die Gabel (16) greift, um ein Drehen der Gabel (16) zu bewirken.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Paar von Schnäbeln (36) auf einer jeden Seite des Kupplungsrings (14) vorgesehen ist, wobei ein jedes Paar von Schnäbeln (36) relativ zum Kupplungsring (14) zueinander diametral gegenübergesetzt angeordnet 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 Kupplungsrings (14) nicht behindern.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mutter (18) die Gabel (16) sowohl in einen verbundenen als auch gelösten Zustand relativ zu dem jeweils verbleibenden Antriebsbauteil (80) oder anzutreibenden Bauteil (94) versetzt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche einen Antriebszug für ein Fahrwerk mit Sätzen von Vorder- und Hinterrädern (60, 62) zwischen einem Zweiradantriebs- und einem Vierradantriebsmodus umschaltet, wobei sich der Antriebszug zwischen einem Getriebe und einem 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; und welche umfasst: eine ringförmige Klammer (12), welche das Antriebsbauteil (80) und/oder das anzutreibende Bauteil (94) umgreift und fest mit dem sich nicht drehenden Bauteil des Fahrwerks verbunden ist, wobei diese Klammer (12) in Umfangsrichtung 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 anderen Umfangsende der Klammer (12) angebracht ist, wobei der Elektromotor (20) ein anzutreibendes Bauteil umfasst, welches durch den Elektromotor (20) längs der Länge des Antriebszugs zwischen einer ersten und einer zweiten Position 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) gegenüberliegende Federelemente aufweist mit gegenüberliegenden Schnäbeln (36) an einer 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 (94) verursacht wird durch den Elektromotor (20) und aufgrund der Kopplung der Gabel (16) an das anzutreibende Bauteil (94), wodurch das anzutreibende Bauteil (94) ein Drehmoment auf die im Drehlager gelagerte Gabel (16) ausübt, und durch die Vorspannung der Schnäbel (36) eine axiale Verschiebung des Kupplungsrings (14) erzwungen wird, und wobei die Schnäbel (36) eine gegen einen Widerstand erfolgende verzögerte Bewegung des Kupplungsrings (14) ermöglichen, wie sie für den Kraftschluss des Kupplungsrings (14) mit dem jeweils anderen Bauteil benötigt wird.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Blattfedern 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.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Blattfedern (34) gegen die Gabelseiten vorgepresst sind, um die gewünschte Anpresskraft der Schnäbel (36) zu erbringen, wenn diese den Kupplungsring (14) berühren.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Elektromotor (20) ein Führungsgewinde (22) antreibt und das anzutreibende Bauteil eine Mutter (18) ist, welche auf das Führungsgewinde (22) aufgeschraubt ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Kupplungselement (14) auf dem anzutreibenden Bauteil (94) als Sattelaufbau aufgesetzt ist und Zinken (32) auf der Gabel (16) bereitgestellt sind, welche kraftschlüssig in diesen Aufbau eingreifen, wobei die Zinken (32) und der Sattelaufbau gemeinsam angebracht sind, um ein Drehen der Mutter (18) auf dem Führungsgewinde (22) zu verhindern, um dadurch eine Verschiebung der Mutter (18) axial längs des Führungsgewindes und eine Bewegung der Zinken (32) mit der Bewegung der Mutter (18) zu bewirken, wodurch die Gabel (16) gedreht wird.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei Endschalter (42) längs der Länge der Führungsgewinde (22) und an jeder Seite des anzutreibenden Bauteils (94) bereitgestellt sind, wobei das anzutreibende Bauteil (94) so ausgelegt ist, dass in einer jeden Richtung der Bewegung ein Endschalter (42) eingreift, um eine exakte Bewegung des anzutreibenden Bauteils (94) zwischen den Endpositionen der Bewegung festzulegen.