DE2214508B2 - Selbsttätig schaltende reversible Klauenkupplung - Google Patents

Description

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len Antriebselements, die auf der innenliegenden bringbare Sätze von Klauenpaaren 28 und 30 auf, Umfangsfläche des ringförmigen zentralen Antriebs- wobei die Klauen des einen Satzes gegenüber den

elements angeordnet sind. Klauen des anderen Satzes geneigt angeordnet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge- Weiter sind auf die Drehrichtung der Antriebswelle

genstand der Unteransprüche und in diesen niederge- 5 ansprechende Mittel vorgesehen, die das zentrale

legt. Antriebselement 24 axial zur Bewirkung eines Ein-

Im folgenden wird die Erfindung an einem Aus- griffs des geeigneten Klauer\satzes 28 oder 30 in eine führungsbeispiel im einzelnen näher erläutert. Dabei vorgegebene Richtung verschieben. Genauer gesagt,

zeiot ist ein hohler, im allgemeinen zylindrischer Antriebs-

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch die Klauen- io käfig 32 vorgesehen, der an seinem einen Ende auf

kupplung, den äußeren Umfang des zentralen Antriebselements

F i g. 2 und 3 Seitenansichten bei teilweise wegge- 24 aufgekeilt ist und gegen eine axiale Verschiebung

brochenen Teilen des verwendeten zentralen An- mit Bezug auf dieses Antriebselement durch einen

triebselements, Schnappring 34 gesichert ist. Am anderen Ende ist

Fig.4 eine vergrößerte Detailansicht der Klauen 15 der zentrale Antriebskäfig 32 durch eine im Eingriff

am zentralen Antriebselement; befindliche Schraubverzahnung 36 mit einer An-

F i g. 5 und 6 stellen jeweils eine Seiten- sowie eine triebshülse 38 verbunden, die mittels einer Verzah-

axiale Schnittansicht eines der angetriebenen Kupp- nung 40 auf der Antriebswelle 12 drehfest angeord-

lungsteile dar; net ist; gegen eine axiale Verschiebung ist diese An-

F i g. 7 zeigt eine Detaildarstellung der Klauen am 20 triebshülse an dem einen Ende durch Berührung mit

Kupplungsteil; dem Lager 8 und an dem anderen Ende durch euie

F i g. 8 stellt eine Frontansicht eines Gegenhalte- Ritzehnutter 42 gehalten, die auf die Antriebswelle

ringes dar; 12 aufgeschraubt und gegen eine Verdrehung mit Be-

F i g. 9 stellt eine Schnitt-Seitenansicht entlang der zug auf diese durch eine Versplintung bzw. durch

Linie 9-9 der F i g. 8 dar; 25 Vorsteckstifte 44 gesichert ist. Wie F i g. 1 entnom-

Fig. 10 ist eine axiale Schnittdarstellung des zen- men werden kann, bildet der röhrenförmige Endteil

tralen Antriebskäfigs; der Ritzehnutter 42 die innere Laufbahn eines La-

F i g. 11 zeigt in schematischer Abwicklung das gers 14. Wie weiter unten noch beschrieben wird,

Verhältnis zwischen den Vorsprüngen der Gegenhai- weisen die miteinander in Wirkverbindung stehenden

teringe und den radialen Vorsprüngen an dem zen- 30 Zähne der Schraubverzahnung 36 an den äußeren

tralen Antriebselement, wenn sich das zentrale An- und inneren Umfangsflächen der Antriebshülse 38

triebselement in einer anfänglichen eingriffsfreien und des Antriebskäfigs 32 jeweils Steigungswinkel

Stellung befindet; von etwa 30° auf, wodurch das zentrale Antriebsele-

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen den Gegen- ment 24 entsprechend der Drehrichtung der Anhalteringen und dem zentralen Antriebselement, 35 triebswelle axial in eine bestimmte Richtung verschowenn das zentrale Antriebselement in der festgeleg- ben wird.

ten, aber eingriffsfreien Stellung für eine Drehrich- Um die Umdrehung des zentralen Antriebskäfigs

tung der Antriebswelle gehalten ist; mit Bezug auf das Gehäuse 2 zu unterbrechen, sind

Fig. 13 zeigt die Beziehung entsprechend Fig. 12 radial angeordnete Bremsen 46 vorgesehen, die eine

zwischen den Gegenhalteringen und dem zentralen 40 hin- und herverlaufende Bewegung mit Bezug auf

Antriebselement für die entgegengesetzte Drehrich- das Gehäuse ausführen können. Die Bremsen werden

tung der Antriebswelle und mittels Federn 48 in Reibungseingriff mit dem äuße-

F i g. 14 ist eine Detailschnittansicht entlang der ren Umfang des zentralen Antriebskäfigs vorge-

Linie 14-14 der F i g. 11. spannt.

Zunächst soll auf F i g. 1 genauer eingegangen 45 Es sind Gegenhalteringe vorgesehen, die bei Freiwerden, in welcher auch das Gehäuse 2 der reversi- lauf der angetriebenen Welle betätigbar sind, um das blen Klauenkupplung genauer dargestellt ist; dieses zentrale Antriebselement 24 in der in F i g. 1 darge-Gehäuse kann mittels Bolzen 4 an den nicht darge- stellten, nicht im Eingriff befindlichen Position mil stellten Getriebeflansch eines Fahrzeuges ange- Bezug auf eine vorgegebene Position zu den Kuppflanscht werden. Das Gehäuse weist an jedem Ende 50 lungsteilen in Übereinstimmung mit dem Drehsinn feste Lager 6 und 8 auf, in welchem die aneinander- der Antriebswelle zu halten. Genauer gesagt, bestegrenzenden Endteile koaxial zueinander ausgerichte- hen die Gegenhalteringe aus einem Paar koaxial und ter, treibender und angetriebener Wellen 11 und 12 zueinander ausgerichteter Gegenhalteringe 50 und gelagert sind. Die aneinandergrenzenden Enden der 52, die konzentrisch um die Abstandshülse 18 anWellen 10 und 12 sind weiterhin drehbar mit einer 55 geordnet sind; diese Ringe sind drehbar mit den an-Lagerhüse 14 verbunden. Aufgekeilt auf die angetrie- getriebenen Kupplungsteilen 20 und 22 verbunden bene Welle 10 sind jeweils ein Paar angetriebener jedoch daran gehindert, relativ zu diesen eine axiale Kupplungsteile 20 und 22, die mittels Schnappringen Verschiebung einzugehen. Zu diesem Zweck weisen bzw. Seegerringen 16 fest mit den entgegengesetzten die Ringe ringförmige äußere Flanschteile 50 d unc Enden einer konzentrisch angebrachten Abstands- 60 52 d auf, die sich in entsprechende ringförmige Aushülse 18 in Verbindung gehalten werden. dehnungen in den jeweiligen Kupplungsteil 20 unc

Zur Durchführung einer Drehbewegung um die 22 erstrecken. Die Gegenhalteringe weisen weitei

Abstandshülse 18 ist ein ringförmiges, zentrales An- axial sich nach innen erstreckende Vorsprünge 50 c

triebselement 24 vorgesehen, welches axial zwischen und 52a auf, wie in Fig. 14 gezeigt, die so ange-

den Kupplungsteilen 20 und 22 verschiebbar ist. An 65 bracht und ausgebildet sind, daß sie mit sich radiä

ihren aneinandergrenzenden Seitenflächen weisen nach innen erstreckenden Vorsprüngen an den zen·

das zentrale Antriebselement 24 und die Kupplungs- tralen Antriebselement in Eingriff geraten, wöbe

teile 20 und 22 abwechselnd miteinander in Eingriff entsprechend dem Drehsinn der Antriebswelle be

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Freilauf der Abtriebswelle einer der Gegenhalteringe hülse 38 in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist die

in eine solche Position gedreht wird, daß das zentrale zylindrische Außenfläche 32 α auf der linken Seite

Antriebselement in einer nicht im Eingriff befindli- des Antriebskäfigs der F i g. 10 geglättet, damit ein

chen Position gehalten wird. gleichmäßiger Reibungseingriff durch die federvorge-

Im folgenden wird auf die F i g. 2 bis 4 und 14 ge- 5 spannten Bremsen 46 möglich ist.
nauer eingegangen. An seinem äußeren Umfang ist An Hand der schematischen Darstellungen der das ringförmige, zentrale Antriebselement 24 mit au- Fig. 11 bis 13 wird nunmehr auf die Wirkungsweise ßeren Keilzähnen 24 α versehen, mittels welchen das der reversiblen Klauenkupplung genauer eingegan-Element auf Grund der Schnappringe 34 fest mit gen. Es sei angenommen, daß die Abtriebswelle 10 dem einen Ende des Antriebskäfigs 32 verbunden ist. io mit einer Fahrzeugachse verbunden ist (beispiels-An seiner inneren Umfangsflache weist das Antriebs· weise mit der Vorderachse eines vierrädrigen Fahrelement eine Vielzahl von radial sich nach innen er- Zeuges, bzw. eines an vier Rädern angetriebenen streckender Vorsprünge 24 b auf, die angrenzend an Fahrzeugs), die normalerweise die mit der Antriebsden äußeren Umfang der Abstandshülse 18, wie in welle 12 verbundene Achse überläuft, also schneller F i g. 14 gezeigt, enden. An den gegenüberliegenden 15 als diese dreht (was beispielsweise dann auftreten Seiten weist das zentrale Antriebselement jeweils kann, wenn die Vorderräder einen kleineren Durch-Klauen 24 c und 24 d auf; diese Klauen haben wie messer als die hinteren Räder aufweisen, oder wenn üblich entgegengesetzt gerichtete Antriebswinkel und das Fahrzeug ein entsprechendes Vorderachsenverdamit das übliche Freilaufzahnprofil, wie in Fig.4 hältnis aufweist). Es sei weiter angenommen, daß gezeigt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind ao sich das zentrale Antriebselement in der anfänglichen sechs im gleichen Abstand zueinander angeoruuete gelösten, d. h. nicht im Eingriff befindlichen Position radiale Vorsprünge 24 b an der inneren Umfangs- der F i g. 1 befindet und daß die Gegenhalteringe 50 fläche des zentralen Antriebselements angeordnet. und 52 anfänglich die in F i g. 11 gezeigte relative

Wie den Fig.5 bis 7 und 14 entnommen werden winkelmäßige Position aufweisen,
kann, sind die angetriebenen Kupplungsteile 20 und as Bei Drehung der Antriebswelle in der durch Pfeile 22 an ihren inneren Umfangen mit Keilzähnen 20α in Fig. 12 bezeichneten Richtung geraten die führen- und 22 a ausgestattet, mittels welchen die Kupp- den, also vorderen Ansatzstützflächen 5Oe und 52/ lungsteile mit der Abtriebswelle 10 verkeilt sind. An der Gegenhalteringe 50 und 52 in Eingriff mit den ihren aneinandergrenzenden Seitenflächen sind die angrenzenden Flächen jeweils abwechselnd eines der Kupplungsteile mit Klauen 20 b und 22 ft ausgestat- 30 radialen Vorsprünge 24 d des nicht im Eingriff betet, die jeweils mit den entsprechenden antreibenden findlichen zentralen Antriebselements 24, woraufhin Klauen 24 c und 24 d des zentralen Antriebselements die Ringe relativ zu den zugeordneten Kupplungsteiin Eingriff gebracht werden können. Die Profile die- len in die gezeigten Positionen gedreht werden. Auf ser Klauen sind von üblicher Freilauf-Konfiguration Grund des Steigungswinkels von 30° der Schraub- und Form, wie ein Vergleich der F i g. 4 und 7 ergibt. 35 verzahnung 36 mit Bezug auf die Drehrichtung der

Jeder der Gegenhalteringe 50 und 52 ist axial auf- Antriebswelle wird das zentrale Antriebselement gespalten und bildet, wie die F i g. 8 und 9 zeigen, nach rechts in die gezeichnete Position in flächenmäeinen Zwischenraum 60 aus, dabei sind die Ringe ßigen Eingriff mit den Stegflächen 52 c des Gegenaus Federmetall hergestellt und weisen eine nach halteringes 52 verschoben. In dieser Zwischensitzaußen in Richtung auf eine entspannte Stellung ge- 40 stellung bleiben die Klauen des zentralen Antriebsrichtete Vorspannung auf. Jeder Ring weist drei inte- elements außer Eingriff zu den Klauen des entspregrale, sich in axialer Richtung erstreckende Vor- chenden Kupplungsteils.

sprünge 50 α und 52 α auf, die sich zwischen abwech- Im Falle, daß die Drehgeschwindigkeit der Anselnde Paare radialer Vorsprünge 24 b am zentralen triebswelle der der Abtriebswelle 10 gieich wird oder Antriebsclement 24 erstrecken. Dabei weisen die 45 diese übersteigt (was geschehen kann, wenn die Hin-Vorsprünge 50 a und 52 a abgesetzte Teilbereiche terräder des Fahrzeugs durchdrehen und nicht trei-50 b und 52 b auf, die, wie in den F i g. 11 bis 13 ge- ben), bewirkt die leichte, auf das zentrale Antriebszeigt, hervorstehende Stegflächen 50 c und 52 c aus- element 24 übertragene Schub- bzw. Lagerkraft seine bilden. Wie Fig. 14 zeigt, erstrecken sich die äuße- Drehung in seine Position, in welcher es von den ren integralen Flanschteile 50 d und 52 d an den ab- 50 Stegflächen 52 c freikommt, woraufhin — auf Grund gewandten Seitenteilen der Gegenhalteringe in die des Einflusses der Antriebskäfigdruckkraft — das entsprechenden Ausnehmungen der eingeschnittenen zentrale Antriebselement 24 weiter nach rechts in Teilbereiche der Kupplungsteile, um eine axiale Ver- eine Kupplungsemgriffposition, wie in F i g. 12 gestrischiebung der Gegenhalteringe zu verhindern. Dabei chelt dargestellt, verschoben wird. Die rechter Hand dehnen sich die aus Federmetall bestehenden Gegen- 55 liegenden Klauen 24 d des zentralen Antriebselehalteringe radial nach außen bis zur Bewirkung eines ments sind nun im Eingriff mit den Klauen 22 d des Reibkontaktes mit den Umfangswänden in den in Kupplungsteils 22, wodurch die Abtriebswelle 10 diden Kupplungsteilen 20 und 22 vorgesehenen Aus- rekl von der Antriebswelle 12 angetrieben wird, schnitten aus. Die Ringe können sich daher frei rela- Nimmt jedoch die Vorderachse wieder Geschwindigtiv zu den Kupplungsteilen 20 und 22 drehen, sind 60 keit auf auf Grund der normalerweise vorherrschenden jedoch an einer axialen Verschiebung zu den Kupp- Freilaufbedingung, dann bewirkt die Auswurfkonfilungsteilen gehindert. guration der Klauen eine Verschiebung des zentralen

In Fig. 10 ist noch der Antriebskäfig 32 gezeigt, Antriebselements nach links und das zentrale Ander im allgemeinen zylindrisch ausgebildet ist und in- triebseltment wird dann wieder von den Gegenhaltenere Keilzähne 66 aufweist, die mit äußeren Zähnen 65 ringen und dem Auflagerdruck bzw. dem Axialdruck des zentralen Antriebselements 24 in Verbindung des zentralen Antriebselements in der eingriffsfreien stehen, sowie eine Schraubverzahnung 36, die mit Position festgehalten und blockiert,
einer entsprechenden Verzahnung auf der Antriebs- Es sei angenommen, daß die Drehrichtung der an-

treibenden und angetriebenen Wellen umgekehrt wird. Solange wie die Abtriebswelle die Antriebswelle überläuft, halten die Gegenhalteringe 50 und 52 und die Auflagerkraft des Antriebskäfigs das zentrale Antriebselement in dem in Fig. 13 dargestellten eingriffsfreien Zustand. Auf Grund der Wirkung der Schraubverzahnung 36 wird das zentrale Antriebselement nach links verschoben, wodurch sich die linken Seitenflächen der Vorsprünge 24 b in den Stegflächen 50 c des Gegenhalterings 50 festsetzen bzw. einlagern. Im Falle, daß die Hinterräder durchdrehen und die Geschwindigkeit der Antriebswelle der der Abtriebswelle gleich wird oder sie übersteigt, bewirkt die geringe, dem zentralen Antriebselement 24 zugeführte Auflagerkraft, die von den nunmehr umgekehrten Drehverhältnissen herrührt, eine leichte Verdrehung und damit ein Freikommen des zentralen Antriebselements von den Stegflächen 50 c, woraufhin das zentrale Antriebselement durch die

Schraubverzahnung 36 weiter nach links in eine Kupplungseingriffsposition, wie in Fig. 13 gestrichelt dargestellt, verschoben wird. Wenn die Vorderachse dann wiederum Geschwindigkeit aufnimmt und ihren normalerweise schneller drehenden Zustand erlangt, also die Antriebswelle überläuft, bewirkt die Auswurfformgebung der Klauen eine Verschiebung des zentralen Antriebselements nach rechts in die eingriffsfreie Position, die in Fig. 13 in durchgezogenen Linien dargestellt ist.

Es versteht sich, daß auch eine Abänderung von Einzelelementen möglich ist, beispielsweise beläuft sich zwar die Anzahl der radialen Vorsprünge des zentralen Antriebselements vorzugsweise auf das Doppelte der Anzahl der axialen Vorsprünge jedes Gegenhalteringe», es ist jedoch offensichtlich, daß Anzahl sowie Abstände der jeweiligen Vorsprünge, wenn gewünscht, für andere Arbeitszustände auch geändert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen <09 517/284

Claims (4)

Abstand konzentrisch mit der Abtriebswelle verbun- Patentansprüche: dener, angetriebener Kupplungsteile sowie mit einem ringförmigen, zentralen, konzentrisch zur Durchfüh-

1. Selbsttätig schaltende reversible Klauen- rung einer freien Axialverschiebung im Abstand zu kupplung, vorzugsweise für ein Hauptdifferen- 5 den Kupplungsteilen zugeordneten, mit der Antriebstial-Vorgelege, mit einer Antriebs- und einer Ab- welle in Wirkverbindung stehenden Antriebselement, triebswelle, mit einem Paar koaxial zueinander wobei die angrenzenden Seitenflächen des zentralen angeordneter und im längsseitigen Abstand kon- Antriebselements und der Kupplungsteile einander zentrisch mit der Abtriebswelle verbundener, an- zugeordnete, jeweils in einer Drehrichtung in Eingriff getriebener Kupplungsteile sowie mit einem ring- io bringbare Sätze von Klauenpaaren aufweisen, wobei förmigen, zentralen; konzentrisch zur Durchfüh- zur axialen Verschiebung des zentralen Antriebselerung einer freien Axialverschiebung im Abstand ments eine schraubenförmige Verbindung mit der zu den Kupplungsteilen angeordneten, mit der Antriebswelle vorgesehen ist.

Antriebswelle in Wirkverbindung stehenden An- Eine solche reversible Klauenkupplung ist bekannt triebselement, wobei die angrenzenden Seitenflä- 15 aus der USA.-Patentschrift 2 797 783, bei welcher chen des zentralen Antriobselements und der die Axialverschiebung durch einen Stift bewirkt wird, Kupplungsteile einander zugeordnete, jeweils in der in einem schrägen Langloch des Antriebseleeiner Drehrichtung in Eingriff bringbare Sätze ments läuft. Der Stift ist mit der Antriebswelle vervon Klauenpaaren aufweisen, wobei zur axialen bunden und je nach Drehrichtung der Antriebswelle Verschiebung des zentralen Antriebselements ao kommt es auf Grund dieser schraubenförmigen Vereine schraubenförmige Verbindung mit der An- bindung zu einer Bewegung des Antriebselements auf triebswelle vorgesehen ist, dadurch ge- der Antriebswelle, gleichzeitig zu einer relativen kennzeichnet, daß dem zentralen Antriebs- Drehbewegung zwischen Antriebselement und Anelement (24) drehbare, axial unverschiebliche triebswelle, die jedoch durch eine Verzahnung zwi-Gegenhalteringe (50, 52) zugeordnet sind, die as sehen beiden Elementen wieder verhindert wird, so Vorsprünge (50 a, 52 a) aufweisen, welche so daß ein einwandfreies Funktionieren in Frage gestellt ausgebildet sind, daß neben den beiden Endstel- ist. Auf jeden Fall wird es jedoch bei dieser bekannlungen auch eine Freilaufstellung für das zentrale ten Klauenkupplung schon bei winzigen Drehzahl-Antriebselement gewährleistet ist. unterschieden zu einem Rucken in der Antriebsüber-

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 tragung und zu einem Eingriff der Klauen kommen, kennzeichnet, daß das zentrale Antriebselement möglicherweise aber auch nur zu einem ratschenarti-(24) mit der Antriebswelle (12) über einen das gen Aneinandervorbeigleiten der Klauenspitzen, Drehmoment übertragenden Antriebskäfig (32) wenn ein vollständiger Eingriff nicht schnell genug verbunden ist, der auf der Antriebswelle über durchgeführt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, eine Schraubverzahnung (36) axial verschiebbar 35 daß eine definierte Mittelposition des Antriebseieist, ments auf der Antriebswelle nicht vorgegeben ist,

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch also auch bei einem Lösen von zugeordneten Sätzen gekennzeichnet, daß das zentrale Antriebscle- von Klauenpaaren eine beliebige Stellung des zentrament (24) eine Vielzahl von über seinem Umfang len Antriebselements eingenommen werden kann, in verlaufender, zueinander im Abstand angeordne- 40 beliebiger Nähe zu den zugeordneten Klauen. Bei ter radialer Vorsprünge (24 b) aufweist, daß die einer weiterbestehenden Berührung der Klauen Gegenhalteringe (50, 52) in dem jeweils zugeord- kommt es dabei zu erheblichen Geräuschen und zu neten Kupplungsteil (20, 22) unter radialer Vor- einer Abnutzung derselben.

spannung drehbar und axial unverschieblich gela- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

gert sind und axial gerichtete Vorsprünge (50 a, 45 selbsttätig schaltende reversible Klauenkupplung zu

52 a) aufweisen, die mit radialen Vorsprüngen schaffen, der es mit geringem Aufwand gelingt, das

des zentralen Antriebselements zusammenwirken. zentrale Antriebselement so lange in einer eingriffs-

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis freien Mittelposition zu halten, bis bei einem ein-3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer wandfrei aufgetretenem Drehzahlunterschied bzw. der Vorsprünge (50 a, 52 a) der Gegenhalteringe 50 bei einer Umkehrung der Drehrichtung der Eingriff an seiner vorderen Kante einen abgesetzten Teil- aus einer vorbereiteten Position freigegeben wird,
bereich (50 b, 52 b) aufweist und daß eine Steg- Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus fläche (50 c, 52 c) am abgesetzten Teilbereich mit von der eingangs als bekannt vorausgesetzten reversiden radialen Vorsprüngen (24 ft) zur Verhinde- blen Klauenkupplung und besteht erfindungsgemäß rung einer axialen Verschiebung des zentralen 55 darin, daß dem zentralen Antriebselement drehbare, Antriebselements (24) in einer Eingriff stellung axial unverschiebliche Gegenhalteriiige zugeordnet zur Anlage gelangt. sind, die Vorsprünge aufweisen, welche so ausgebildet sind, daß neben den beiden Endstellungen auch eine Freilaufstellung für das zentrale Antriebsele-

60 ment gewährleistet ist.

Es gelingt auf diese Weise, sowohl bei Drehrichtungswechsel als auch bei einem Eingriff bzw. bei einem Lösen der Freilaufkupplung jedes Geräusch zv

Die trfindung bezieht sich auf eine selbsttätig vermeiden und das zentrale Antriebselement sichel schaltende reversible Klauenkupplung, vorzugsweise 65 in einer neutralen, den Eingriff vorbereitenden Frei für ein Hauptdiffckontial-Vorgelege, mit einer An- lauf stellung zu halten. Die Vorsprünge der Gegenhai triebs- und einer Abtriebswelle, mit einem Paar ko- teringe springen axial vor und erstrecken sich in Zwi· axial zueinander angeordneter und im längsseitigen schenräume zwischen radiale Vorsprünge des zentra