DE2250533A1

DE2250533A1 - Reversible freilaufkupplung

Info

Publication number: DE2250533A1
Application number: DE2250533A
Authority: DE
Inventors: Ronald D Bokovoy
Original assignee: Boise Cascade Corp
Current assignee: Officemax Inc
Priority date: 1971-12-02
Filing date: 1972-10-14
Publication date: 1973-06-20
Also published as: US3743067A; JPS4864348A; GB1375323A; CA964605A; DE2250533C3; JPS5822370B2; SU472515A3; DE2250533B2; IT956520B; SE383191B; FR2164130A5

Description

DR.-ΙΝβ. DIPL.-INS. M. SC DIPL.-PHYS. DB. OIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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22. Sept. 1972

Boise Cascade Corporation

P.O. Box 200

Boise, Idaho 83 701 / USA

Reversible Freilaufkupplung

Die Erfindung betrifft eine reversible Freilaufkupplung, vorzugsweise zum Antrieb der normalerweise eine um einen geringeren Betrag größere Drehgeschwindigkeit als die Hinterräder aufweisenden Vorderräder eines Fahrzeugs, wenn deren Drehgeschwindigkeit unter die der Hinterräder fällt.

In einer älteren Patentanmeldung P 22 14 508.0-12 ist eine Freilaufkupplung vorzugsweise zur Verwendung bei einem Vorgelege beschrieben, bei welcher ein zentrales Antriebselement mit Hilfe einer Spiralkeilverzahnung axial in Kupplungseingriff mit dem

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jeweils richtigen von zwei zueinander im Abstand auf einer Ausgangswelle angeordneten Kupplungsgegenelementen für Vor- und Rückwärtsdrehrichtung verschoben wird, dabei ist ein Haltering vorgesehen, der dann betätigt wird, wenn die Drehgeschwindigkeit einer angetriebenen Welle größer ist als die einer treibenden Welle, um das zentrale Antriebselement in einer gelösten Zwischenposition relativ zu den Vorwärts- und Rückwärts-Gegenkupplungselementen zu halten. Zwar ist Wirkungsweise und der spezielle Anwendungsbereich dieser älteren Freilaufkupplung insbesondere bei Vorgelegegetrieben eines Kraftfahrzeugs mit Vorder- und Hinterradantrieb zufriedenstellend, der Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine reversible Freilaufkupplung zu schaffen, die in ihrem Aufbau noch einfacher unddaher kostensparender ist, indem die Anzahl der benötigten Teilelemente weiter verringert wird; weiterhin soll die Betriebssicherheit und die Arbeitsgeschwindigkeit noch weiter gesteigert werden.

Zur Lösung dieser Aifgabe geht die Erfindung aus von einer reversiblen Freilaufkupplung der eingangs bezeichneten Art und besteht darin, daß ein Gehäuse mit einer in ihm gelagerten Ausgangswelle und ein Eingangsantriebselement (Antriebszahnrad, Eingangswelle) vorgesehen ist, daß in axialem Abstand zueinander auf der Ausgangswelle befestigt Vorwärts- und Rückwärts-Kupplungselemente und im Abstand zu beiden und zwischen ihnen auf der Ausgangswelle gleitend gelagert ein ringförmiges zentrales Antriebselement vorgesehen ist, welches an entgegengesetzten Seiten Kupplungszähne vom selbstlösenden Freilaufkupplungstyp zum Eingriff in entsprechende Kupplungszähne an den Vorwärts- und Rückwärts-Kupplungselementen aufweist, daß auf die Drehrichtung ansprechende Anordnungen am zentralen Antriebselement und Eingangsantriebselement zur axialen Verschiebung des zentralen Antriebselementes

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in eine der Drehrichtung des Eingangsantriebselements entsprechenden Richtung vorgesehen sind und daß automatische, auf die Drehrichtung des Eingangsantriebselements ansprechende Steuerschiebeanordnungen vorgesehen sind, die das zentrale Antriebselement in eine Bereitschaftsposition unmittelbar angrenzend an das jeweilige Kupplungselement positionieren, um eine einwandfreie Richtungswirkung sicher zustellen.

Wesentlich bei der Erfindung ist also, daß das zentrale Antriebselement, wenn es sich im gelösten Freilaufzustand befindet, axial in eine Bereitschaftsposition verschoben wird unmittelbar angrenrzend an das für die jeweilige Richtung zuständige Kupplungselement.

Es sind daher bei der erfindungsgemäßen reversiblen Freilaufkupplung automatische Steuerschiebeanordnungen vorgesehen, die das zentrale Antriebselement axial in diese Bereitschaftsposition relativ zu dem jeweils richtigen zueinander im Abstand angebrachten Vorwärts- und Rückwärts-Kupplungselementen verschieben. Im normalen Arbeitsbetrieb der Freilaufkupplung, wenn nämlich die Vorderräder des Fahrzeugs die Hinterräder um einen vorgegebenen festgelegten Betrag überlaufen, also schneller sind (wobei der Betrag in der Größenordnung zwischen 3-6% liegt),verschiebt sich in Abhängigkeit zu der Drehrichtung des sich drehenden Eingangsantriebselementes für die gesamte Freilaufkupplung das zentrale Antriebselement für die jeweilige Drehrichtung der Kupplung in die geeignete Bereitschaftsposition. Verlieren dann die Hinterräder momentan ihre Vortriebswirkung, indem sie beispielsweise durchdrehen und ergibt sich daraus das Bestreben, das Antriebsmoment auf die normalerweise freilaufendenVorderräder zu übertragen, dann ist der in axialer Richtung wirkende Druck, der dem

zentralen Antriebselement über die Spiralkeilverzahnung mitgeteilt

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wird, die das Eingangsantriebselement und das zentrale Antriebselement miteinander verbinden, ausreichend, um das zentrale Antriebselement axial aus der Bereitschaftsposition heraus in die unmittelbar angrenzende Kupplungseingriffsposition zu verschieben.

Die automatischen Steuerschiebeanordnungen sprechen dabei auf die Drehrichtung des Eingangsantriebselementes, welches bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein Antriebszahnrad, bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Eingangswelle ist, an, ohne daß ein externer Drehwechsel benötigt wird. Zu diesem Zweck weisen die automatischen Steuerschiebeanordnungen ein ringförmiges Steuerschiebe-Nockenglied auf, welches an seinem einen Ende an dem Gehäuse befestigt ist, in welchem die Ausgangswelle der Freilaufkupplung gelagert ist, weiterhin ist linear fluchtend ausgerichtet auf die andere Seite dieses Steuerschiebe-Nockengliedes ein

beide

ringförmiges Steuerschiebeglied vorgesehen/ sindunter einer elastischen Vorspannung stehend aufeinander zugedrückt und an den einander zugewandten Seiten mit in Wirkverbindung tretenden Nockenzähnen mit Freil^aufwirkung ausgestattet» Um die beiden Steuerschiebeanordnungen, d.h. das Steuerschiebeglied und das Steuerschiebe-Nockenglied in einer ersten Wirkposition mit Bezug auf die Vorwärts- bzw. Rückwärtskupplungselemente zu halten, ist ein Haltering vorgesehen, schließlich ist das zentrale Antriebselement mit dem Steuerschiebeglied zur Durchführung einer begrenzten axialen Verschiebung zwischen einer zurückgezogenen Bereitschaftsposition und einer ausgefahrenen Kupplungseingriffsposition verbunden. Bei einer Umdrehung des Eingangsantriebselementes in die entgegengesetzte Richtung wird der Haltering freigegeben und der Eingriff der Nockenzähne an den Steuerschiebeanordnungen bewirkt eine axiale Verschiebung des Steuerschiebegliedes in eine zweite Wirkposition relativ zu dem anderen Kupplungselement. Einen Reibungswiderstand bewirkende Mittel,

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nämlich eine Feder, hemmen oder verzögern normalerweise eine axiale Verschiebung des zentralen Antriebselementes während der entsprechenden Verschiebung des Steuerschiebegliedes, wodurch sichergestellt wird, daß das zentrale Antriebselement normalerweise in der zurückgezogenen Bereitschaftsposition relativ zu dem Steuerschiebeglied und dem jeweils richtigen Kupplungselement befindlich ist.

Als Folge einer derart verbesserten Konstruktion ist die in axialer Richtung wirkende Eingriffskraft bzw. der Axialdruck, der dem zentralen Antriebselement durch die Spiralkeilverzahnung mitgeteilt wird, eine Funktion der relativen Überlauf- bzw. Überschussgeschwindigkeit, nicht der absoluten Geschwindigkeit. Dies reduziert die auf die einen Reibungswiderstand aufbringenden Anordnungen einwirkende Drehgeschwindigkeit von 100% auf den Prozentwert, der dem Freilauf bzw. Vorlauf der Vorderräder mit Bezug auf die Hinterräder entspricht, wodurch die Betriebssicherheit und Dauerhaftigkeit'in außerordentlich hohem Maße verbessert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß bei auftretendem Freilauf die Richtung des auftretenden Axialdrucks des zentralen Antriebselementes selbstlösend ist, so daß die Notwendigkeit für Halteringe indem reversiblen Kupplungsbereich der Freilaufkupplung beseitigt ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein formschlüssiger mechanischer Anschlag vorgesehen ist, um bei verzögerten bzw. gehemmtem Betrieb einen Eingriff zu verhindern,im Gegensatz zu den kalibrierten Reibungsanordnungen, die bisher bei solchen Frei1aufskupplungen verwendet werden mußten", auch dadurch wird eine beträchtlich vergrößerte Betriebssicherheit erreicht.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Freilauf-kupplung entweder in ein existierendes Getriebegehäuse, Vorgelegegehäuse oder dergl.

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eingebaut werden, sie kann aber auch als extern anzubauende selbständige Einheit verwendet werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile sind Gegenstand der Unteransprüche, bzw. können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden, in welcher anhand der Figuren zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung in Aufbau und Wirkungsweise eingehend erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsquerschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer reversiblen Freilaufkupplung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein bei diesem Ausführungsbeispiel verwendetes Abstandsglied,

Fig. 3 zeigt eine weitere Schnittdarstellung

durch eines der bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendeten Kupplungselemente,

Fig. 4 zeigt in entsprechend größerem Maßstab die bei dem Kupplungselement der Fig. 3 verwendete Zahnform zur Erzielung einer Freilaufwirkung,

Fig. 5 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt das bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendete zentrale Antriebselement,

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Pig, 6 ist eine Seitenansicht auf eine einen Reibungswiderstand erzeugende Feder, die

Fig, 7 u. 8 zeigen jeweils in einem Längsschnitt sowie in einer Seitenansicht das bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendete Steuerschiebe-Nockenglied,

Flg. 9 zeigt im Längsschnitt das Steuerschiebeglied, die

Fig. IO bis 12 zeigen, jeweils in einer Seitenansicht, in einer Schnittansicht und in einer vergrößerten Detaildarstellung den bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendeten Haltering,

Fig. 13 stellt eine explodierte Darstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 einer reversiblen Freilaufkupplung dar, die

Fig. 14 und 15 zeigen schließlich die Wirkungsweise des Halterings, um das Steuerschiebeglied in die erste und die zweite Wirkposition zu bringen,

Fig. 16 zeigt eine Teillängsschnitt-darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der reversiblen Freilaufkupplung, die

Fig. 17 und 18 sind jeweils Schnitt- und Seitenansicht des bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 verwendeten Steuerschiebe-Nockenglieds

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Fig. 19 ist eine Schnittdarstellung des in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 verwendeten Steuerschiebegliedes,

Fig. 20 zeigt in einem Längsschnitt das in Fig.16 verwendete Abstandsglied, während die

Fig. 21 in explodierter Darstellung einige der bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 verwendeten Teilkomponenten zeigt.

Zunächst wird hauptsächlich auf die Fig. 1 und 13 Bezug genommen, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel einer reversiblen Freilaufkupplung dargestellt ist, die beispielsweise geeignet ist, in das vorhandene Vorgelegegehäuse bzw. allgemein, in ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingebaut zu werden, welches über einen Vorder- und einen Hinterradsantrieb verfügt. Die reversible Freilaufkupplung weist eine Ausgangswelle 2 auf, die in einem Gehäuse 4 zur Verbindung mit der Vorderachse des Fahrzeugs gelagert ist, um diese Ausgangswelle ist ein Eingangs- bzw. Antriebszahnrad 6 drehbar montiert, dieses Antriebsaahnrad kann mit der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden werden. Der Vorderradantrieb ist bewußt so ausgelegt, daß er normalerweise die Hinterachse um einen geringen Wert (in der Größenordnung von 3 - 6%) überläuft, d.h. gegenüber diesem freiläuft, und zwar aufgrund üblicher Mittel (beispielsweise indem man an der Vorderachse ein höheres numerisches Zahnteilungsverhältnis vorsieht, indem man die Abmessungen bzw. den Luftdruck der Vorder- und Hinterräder entsprechend einstellt oder durch entsprechende Beeinflussung der Ubertragungscharakteristiken des Getriebes). Auf der Ausgangswelle 2 zwischen dem Antriebszahnrad 6 und einem Kugellager 8 sind die eine Freilaufkupplung darstellenden Anordnungen montiert, die axial zueinan-

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der int Abstand gehaltene Rückwärts- und Vorwärts-Kupplungselemente 10 und 12 umfassen, die an entgegengesetzten Seiten eines Abstandsgliedes 14 anliegen, wobei die Kupplungselemente und das Abstands.glied zur Durchführung einer Drehbewegung mit der Ausgangswelle auf dieser verkeilt sind. Zur Durchführung einer axial gleitenden Bewegung zwischen den Kupplungselementen IO und 12 und im Abstand zu den gegenüberliegenden Flächen dieser Elemente ist ein zentrales Antriebselement 16 vorgesehen, welches auf jeder Seite mit Kupplungszähnen 16a, 16b versehen ist. Diese Kupplungszähne sind von der selbstlösenden Art wie für Freiläufe verwendet und geeignet und so angeordnet, daß sie abwechselnd eine Kupplungsverbindung mit entsprechenden Kupplungszähnen 10a und 12a eingehen können, die sich an den jeweiligen Kupplungselementen 10 und 12 befinden. Eine einen Reibungswiderstand erzeugende Feder 18 ist konzentrisch zwischen dem Abstandsglied 14 und dem zentralen Antriebselement 16 angeordnet, um zwischen beiden einen Reibungswiderstand, d.h. eine Mitnahme aufgrund einer Reibung zu bewirken.

Weiterhin ist an dem Antriebszahnrad 6 ein ringförmiges Antriebsnabenteil 20 befestigt, welches sich konzentrisch zu diesem und in Richtung auf die angrenzende Seite des zentralen Antriebselementes 16 erstreckt; das Antriebsnabenteil ist an seinem inneren Umfang mit einer Spiralkeilverzahnung 20a versehen, die so ausgebildet ist, daß sie mit einer entsprechenden Spiralkeilverzahnung 16c an dem äußeren Umfang des zentralen Antriebselements 16 in Eingriff gelangen kann. Bei den dargestellten Ausfühcungsbeispiel weisen die miteinander in Wirkverbindung stehenden Spiralkeilverzahnungen einen Steigungswinkel von 30 auf, wodurch dann, wenn die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle mit Bezug auf die Drehgeschwindigkeit des Antriebszahnrades unter einen vorgegebenen Wert fällt (beispielsweise wenn es der Vorderachse nicht

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mehr gelingt, die Hinterachse um den vorgegebenen geringen Wert zu überlaufen), das zentrale Antriebselement axial in eine Richtung verschoben wird, die mit der Drehrichtung des Antriebszahnrades 6 übereinstimmt.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind automatische Steuerschiebeglieder vorgesehen, um das zentrale Antriebselement 16 in eine Bereitschaftsposition angrenzend zu dem geeigneten Kupplungselement mechanisch zu verschieben, wobei die richtungsrichtige Wirkungsweise der reversiblen Freilaufkupplung sichergestellt wird. Zu diesem Zweck ist konzentrisch zu dem zentralen Antriebselement 16 ein axial verschiebbares ringförmiges Steuerschiebeglied 24 angeordnet/welches, wie in Fig. 1 gezeigt, von einer elastischen Druckfeder 26 nach links in Kontakt mit einem stationären Steuerschiebe-Nockenglied 28 gepreßt wird, welches an dem Gehäuse befestigt ist. Die einander zugewandten Flächen des Steuerschiebegliedes 24 und des Steuerschiebe-Nockengliedes 28 sind mit auf eine bestimmte Richtung ansprechenden Nockenzähnen 24a und 28a versehen, die miteinander in Wirkverbindung treten können und die das Steuerschiebeglied 24 nur für eine vorgegebene Umdrehung sr ichtung des Antriebszahnrades nach rechts axial verschieben. Mit dem inneren Umfang des Steuerschiebegliedes 24 ist an seinem einen Ende drehbar ein Haltering 30 verbunden, dieser Haltering weist einen äußeren kreisförmigen Flansch 30a auf, der sich in eine entsprechende Ausnehmung am inneren Umfang des Steuerschiebegleides 24 erstreckt, derart, daß Steuerschiebeglied und der Haltering axial als Einheit verschiebbar sind. Wie weiter unten mit Bezug auf die Fig. 7, 8 und 10 - 12 genauer erläutert wird, ist der Haltering an seinem anderen Ende mit axialen Vorsprüngen 30b versehen, die so gebildet sind, daß sie entsprechende Schultern an dem Steuerschiebe-Nockenglied 28 lösbar erfassen, wodurch das Steuerschiebegleid 24 mit Bezug auf das Vörwärts-

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Kupplungselernent 12 in einer ersten Betätigungsposition aufrechterhalten wird. Nach Freigabe des Halteringes von dem stationären Steuerschiebe-Nockenglied 28 während einer Drehbewegung des Antriebzahnrades 6 in entgegengesetzte Richtung wird das Steuerschiebeglied 24 von der Feder 26 nach links und durch Eingriff der Nockenzähne in eine zweite Betätigungsposition mit

10 Bezug auf das Rückwärts-Kupplungselement verschoben.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung ist das zentrale Antriebselement 16 so ausgebildet und verbunden, daß es zwischen einer zurückgezogenen und einer ausgefahrenen Position mit Bezug zu dem Steuerschiebeglied 24 eine begrenzte axiale Verschiebung durchführen kann. Zu diesem Zweck weist das zentrale Antriebselement 16 einen äußeren Flansch 16d auf, der sich radial nach außen in den axialen Raum erstreckt, der gebildet ist von dem Ende des Halterings 30 und der inneren Schulter 24d am inneren Umfang des Steuerschiebeglieds 24. Konzentrisch zwischen dem Abstandsglied 14 und dem zentralen Antriebselement 16 ist,wie schon erwähnt, eine einen Reibungswiderstand erzeugende Feder 18 angeordnet, die einer axialen Bewegung des zentralen Antriebselementes mit Bezug auf das Abstandsglied 14 widersteht. Wird daher das Steuerschiebeglied 24 aufgrund der Nockenwirkung der Nockenzähne 24a und 28a nach rechts in eine erste Wirkposition mit Bezug auf das Vorwärts-Kupplungslement 12 verschoben, dann befindet sich der Flansch 16d in.Wirkeingriff zu der Seitenfläche des Halterings 30, um das zentrale Antriebselament in eine gelöste zurückgezogene Bereitschaftsposition zu bringen, angrenzend an das Vorwärts-Kupplungselement 12. Wird andererseits das Steuerschiebeglied 24 von der Wirkung der Feder 26 nach links in die zweite Wirkposition mit Bezug auf das Rückwärts-Kupplungselement 10 verschoben, dann befindet sich der Flansch 16d im Wirkeingriff mit der inneren Schulter 24b, um das zen-

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trale Antriebselement 16 angrenzend an das Rückwärts-Kupplungselement 10 widerum in cine gelöste zurückgezogene Bereitschaftsposition zu bringen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das zylindrische Abstandsglied 14 an seinem inneren Umfang mit einer Keilverzahnung 14a versehen und weist an seinem äußeren Umfang eine Nut bzw. Ausnehmung 14b auf, die teilweise die einen Reibungswiderstand erzeugende Feder 18 aufnimmt, die ihrerseits, wie in Fig. 6 gezeigt, allgemein eine hexagonale Form aufweist, Die Kupplungselemente, die an die Seiten des Abstandsgliedes 14 anstoßen, sind in ähnlicher Weise auf der Ausgangswelle 2 verkeilt. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Vorwärtskupplungselement 12 an der einen Seite mit Kupplungszähnen 12a versehen, die dazu bestimmt sind, mit entsprechenden Kupplungszähnen an dem zentralen Antriebselement 16 in Eingriff zu gelangen; entlang seinem inneren Umfang weist das Kupplungselement 12 eine Keilverzahnung 12b.auf. Das Rückwärts-Kupplungselement 10 ist in ähnlicher Weise mit einer entsprechenden Kupplungsund Keilverzahnung versehen. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Kupplungszähne von der an sich bekannten»sich selbstlösenden Art wie bei Freiläufen üblich.

Fig. 5 zeigt, daß das zentrale Antriebselement 16 an entgegengesetzten beiden Seiten mit Kupplungsverzahnungen oder Kupplungszähnen 16a und 16b ausgestattet ist, die den sich selbstlösenden Kupplungszähnen jeweils an den Kupplungselementen 10 und 12 zur Erzielung einer Freilaufwirkung entsprechen. Auf einer Seite seines äußeren Umfanges ist das zentrale Antriebselement mit einer Spiralkeilverzahnung 16c versehen, die einen Steigungswinkel von 30 zur Bewirkung eines Eingriffs in eine entsprechende Spiralkei !verzahnung am inneren Umfang des Nabenteils 20 aufweist.

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Auf der anderen Seite weist der äußere Umfang des zentralen Antriebselementes den schon erwähnten/ sich in radialer erstreckenden Flansch 16d auf.

Wie in den Fig. 7-12 gezeigt, umfaßt das automatische¹ Steuerschiebeglied ein Steuerschiebe-Nockenglied 28, welches,wie Fig. zeigt, auf seiner rechten:'Seite eine Reihe in einem Kreis angeordnete Nockenzähne 28a, ebenfalls in der reversiblen Freilaufform, aufweist. An seinem äußeren Umfang weist das im folgenden nur noch als Nockenglied bezeichnete Steuerschiebe-Nockenglied eine Vielzahl von über den Umfang laufender Bohrungen 28b auf, mittels welcher das Nockenglied fest mit dem Gehäuse verbunden werden kann. An seinem inneren Umfang ist das Nockenglied 28 mit einer Vielzahl von zueinander im Abstand gehaltener radialer Schlitze 28c versehen, die eine in der Zahl gleiche Anzahl radial sich nach innen erstreckenden Anschlägen 28d bilden. Das ringförmige Steuerschiebeglied 24, welches aufgrund der Wirkung der Druckfeder 26 kontinuierlich nach links vorgespannt ist, weist auf seiner linken Seite den Nockenzähnen 28a des Nockengliedes 28 entsprechende Nockenzähne bzw.Kupplungszähne 24a auf, die nach Art der bei reversiblen Freilaufkupplungen ausgebildeten Kupplungszähnen geformt sind. Von links aus gesehen ist zur Bildung einer Anschlagschulter 24b das Steuerschiebeglied mit einer Senkbohrung versehen, die Anschlagschulter 24b gerät, wie weiter vorn schonerwähnt, mit dem äußeren Flansch 16b des zentralen Antriebselementes in Wirkverbindung. Rechter Hand weist das Steuerschiebeglied 24 einen sich radial nach innen erstrekkenden Flansch 24c auf, der gleitend mit dem äußeren Umfang des Antriebsnabenteils 20 in Kontakt steht. Schließlich ist noch zwischen der die Kupplungs- oder Nockenzähne 24a und der die Anschlagsschulter 24b enthaltenen Ebene am inneren Umfang des Steuerschiebegliedes die ebenfalls schon erwähnte kontinuierliche

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kreisförmige Ausnehmung 24d vorgesehen, die den äußeren Flansch 30a am äußeren Umfang des Halterings 30 aufnimmt. In den Fig. 10 - 12 ist dieser Haltering genauer dargestellt, er umfaßt einen elastischen Spaltring, der radial expandierbar ist, um in einen Reibungseingriff mit dem inneren Umfang der linken Seite des Steuerschiebegliedes 24 zu gelangen. Auf seiner linken Seite weist der Haltering eine Vielzahl von zueinander im gleichen Abstand angeordneten axialen Vorsprüngen 30b auf, die für eine indexmäßige Wirkverbindung mit den radialen Schlitzen 28c an dem inneren Umfang des Steuerschiebe-Nockengliedes 28 bestimmt sind. Wie in den Fig. 12, 14 und 15 dargestellt, enthält die jeweils in Drehrichtung führende Ecke jedes axialen Vorsprunges 30b des Halterings 30 einen Ausschnitt, der auf diese Weise ein paar rechtwinklig zueinander angeordnete Schultern und Seitenflächen 30c und 3Od ausbildet.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen reversiblen Freilaufkupplung sei angenommen, daß das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung angetrieben ist und daß die Räder der Vorderachse die Räder der Hinterachse um den gewünschten geringen Anteil (in der Größenordnung von 3 - 6%) überlaufen. Das zentrale Antriebselement 16, welches von den Freilaufkupplungszähnen in einen gelösten Zustand gebracht ist, wird nun von dem Antriebszahnrad 6 und dem Eingangsnabenteil 20 über die Spiralkeilzähne 20a und 16c in einen Leerlaufzustand angetrieben. Das Steuerschiebeglied 24 wird von dem Eingangsnabenteil 20 über eine bisher noch nicht erwähnte,zwischen diesem und dem Steuerschiebeglied angeordnete:, eine Reibwirkung hervorrufende Feder 34 angetrieben, wobei aufgrund der sich voneinander lösenden Wirkungsweise der Nockenzähne 24a und 28a an dem Nockenglied 28 und an dem Steuerschiebeglied 24 das Steuerschiebeglied und der Haltering 30 gegen die Wirkung der Feder 26 nach rechts in eine erste

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Wirkposition verschoben werden. Während dieser nach rechts gerichteten Bewegung des Steuerschiebegliedes 24 wird der Flansch 16d des zentralen Antriebselementes 16 von der angrenzenden Seitenfläche des Halterings 30 erfaßt, wobei das zentrale Antriebselement leicht nach rechts in eine zurückgezogene Bereitschaftsposition mit Bezug auf das Vorwärts-Kupplungselement 12 verschoben wird. Wenn das Steuerschiebeglied 24 in die Position verschoben wird, in welcher die Schulterfläche 30h des Halte-, ringes die entsprechenden Anschlagsflächen 28g an den radialen vorspringenden Anschlägen 28d freigibt, dann dreht sich der Haltering um einen geringfügigen Winkel, so daß Seiten und Anschlagsflächen 30d und 30c die entsprechenden Flächen 28b und 28e an den radialen Anschlägen 28d des Steuerschiebe-Nockengliedes,wie in Fig. 14 gezeigt, erfassen. Der Haltering 30 hält nun das einen Antrieb bewirkende drehbare Steuerschiebeglied 24 in der ersten Wirkposition - und das zentrale Antriebselement 16 in der ersten Bereitschaftsposition - jeweils relativ zu dem Vorwärts-Kupplungselement. 12.

Im Falle, daß die Hinterräder des Fahrzeugs momentan ihre Antriebswirkung verlieren, beispielsweise durchdrehen, teilt sich dem zentralen Antriebselement ein Axialdruck mit, der auf dieses Element über die Spiralkeilverzahnungen 20a und 16c übertragen wird, woraufhin das zentrale Antriebselement 16 nach rechts relativ zu dem Steuerschiebeglied 24 in Kupplungseingriff mit dem Vorwärts-Kupplungselement 12 verschoben wird, um über die Ausgangswelle 2 auf die Vorderräder des Wagens ein Antriebsmoment zu übertragen. Nehmen die Hinterräder wieder ihre Antriebswirkung auf und die Vorderräder gelangen wieder in ihre normale freilaufende Wirkungsweise mit Bezug auf die Hinterräder, dann verschieben die Freilaufkupplungsverzahnungen 12a und 16b das

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zentrale Antriebselernent 16 wieder nach links relativ zu dem Steuerschiebeglied 24 in die gelöste, erste Bereitschaftsposition mit Bezug auf das Vorwärts-Kupplungselement 12.

Es sei nun angenommen, daß das Fahrzeug in der anderen Richtung angetrieben wird, was auch einen Antrieb in der anderen Richtung für das Antriebszahnrad 6, den Nabenteil 20 und das Steuerschiebeglied 24 bedeutet. Der Haltering 30 wird um einen geringen Winkel gedreht, um die Seitenfläche 3Od des Ausschnitts von der entsprechenden Seitenfläche 28e am Anschlag 28d des Steuerschiebe-Nockengliedes 28 zu lösen, woraufhin die Schulterfläche 30h die entsprechende Oberfläche 28g des radialen Anschlages 28d freigibt und die Vorspannungskraft der Feder 26 und der Eingriff der Nockenzähne 28a und 24a eine Verschiebung des Steuerschiebegliedes 24 und des Halterings 30 in der Weise bewirkt, daß sie axial nach links in die zweite Wirkposition verschoben werden. Während dieser nach links gerichteten Bewegung wird der Flansch 16d von der Schulterfläche 24b am Steuerschiebeglied 24 erfaßt und das zentrale Antriebselement 16 nach links in eine zweite zurückgezogene Bereitschaftsposition mit Bezug auf das Rückwärts-Kupplungselement 10 gebracht, wobei aufgrund des zwischen dem Haltering 30 und dem Steuerschiebeglied 24 bestehenden Reibungswiderstandes der Haltering leicht gedreht wird, so daß ein Eingriff zwischen der Halteringfläche 3Of und der Fläche 28f des radial vorspringenden Anschlags 28d, wie in Fig. 15 gezeigt, bewirkt wird.

Im Falle, daß die Hinterräder wiederum ihre Greifenwirkung verlieren, teilt sich dem zentralen Antriebselement 16 Über die Spiralkeilverzahnung 20a und 16c ein Axialdruck mit, der das zentrale Antriebselement 16 nach links in Kupplungseingriff mit dem Rückwärts-Kupplungselement 10 bringt. Die Vorderachse bzw. die Vorder-

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räder werden nun von der Ausgangswelle 2 angetrieben. Greifen die Hinterräder wieder, dann nehmen die Vorderräder wieder den den gewünschten leichten Vorlauf bzw. Freilauf an, was bedeutet, daß sie sich schneller drehen, wodurch die Freilaufkupplungsverzahnung 16a, 10a das zentrale Antriebslement 16 mit Bezug auf das Steuerschiebeglied 24 nach rechts verschiebt in die zweite Bereitschaftsposition mit Bezug auf das Rückwärts-Kupplungselement 10.

Die Wirkungsweise ist insgesamt also so, daß bei einem Druchdrehen der Hinterräder die Ausgangswelle 2 langsamer dreht als das Antriebszahnrad 6, _Was aufgrund des bestehenden Reibungseingriffes zwischen dem zentralen Antriebselement und der Ausgangswelle 2 aufgrund der Feder 18 zu einem versuchten Festhalten des zentralen Antriebselementes führt. Dadurch verschiebt sich dieses in axialer Richtung, weil das zentrale Antriebselement ja in der Spiralkeilverzahnung am Nabenteil 20 mitgenommen wird. Eine Verschiebung ist selbstverständlich nur insoweit möglich, als wie die entsprechenden Anschlagsflächen 24b an dem Steuerschiebeglied bzw. die Fläche an dem Haltering 30 in ihrer Einwirkung auf den Flansch 16d eine Verschiebung erlauben.

In den Fig. 16 bis 21 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches zu:einer Verwendung außerhalb eines Vorgelege*· bzw.Getriebegehäuses geeignet ist_f dabei sind ähnliche Bezugszeichen verwendet für solche Komponenten, die Komponenten oder Bauelementen des ersten Ausführungsbeispiels in Aufbau und Wirkungsweise ähneln. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind linear zueinander ausgerichtete Ausgangs- und Eingengswellen 102 und 106 vorgesehen, die in Lagern 108 und 140 in einem Gehäuse 104 gelagert sind, welches den Vorderradantrieb mit dem allgemeinen Antrieb verbindet bzw. (j_en vorderen Antrieb-

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von diesem nach Art einer Freilaufkupplung löst. Die jeweiligen Wellen sind dabei entweder mit dem Vorderrad- bzw. mit dem Hinterradantrieb des Fahrzeugs verbunden. Über eine Verzahnung 12Ob ist ein Eingangsantriebsnabenteil 120 mit der Eingangswelle 106 verkeilt, wobei der Antriebsnabenteil an seinem einen Ende einen ringförmigen Bereich aufweist, der sich konzentrisch über die eigentliche reversible Freilaufkupplung erstreckt. An diesem ringförmigen Bereich ist am inneren Umfang eine Spiralkeilverzahnung 120a angebracht, die sich im Eingriff befindet mit einer entsprechenden Spiralkeilverzahnung 116c an dem äußeren Umfang des zentralen Antriebselementes 116. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Steigungswinkel der Spiralkeilverzahnungen 120a, 116c 15 . Die Anordnung und der Aufbau der in Fig. 16 gezeigten reversiblen Freilaufkupplung ist ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, wobei ein Unterschied in der Struktur des Abstandsgliedes 114 zusehen ist, welches zwischen den Rückwärts- und Vorwärts-Kupplungselementen 110 und 112 angeordnet ist. Wie die Fig. 16 und 20 zeigen, weist das hohlzylindrische Abstandsglied 114 glatte innere und äußere umfangsmäßige Oberflächen auf, ist jedoch an einem Ende mit einer Zunge 114a, versehen, die sich zwischen die Keilverzahnung der Ausgangswelle 102 erstreckt.

Die automatische Steuerverschiebevorrichtung zur axialen Verschiebung des zentralen Antriebselements 116 in die Bereitschaftspositionen angrenezend an das Rückwärts- und Vorwärts-Kupplungselement 110 und 112 umfaßt ein stationäres Steuerschiebe -Nockenglied 128, welches init Hilfe von Feststellschrauben 142 fest mit dem Gehäuse 104 verbunden ist. Wie Fig. 17 und 18 zeigen, ist das Steuerschiebe-Nockenglied 128 an seiner rechten Seite mit einer Reihe von kreisförmig angebrachten ,sich selbstlösenden Freilaufnockenzähnen 128a versehen, die in Eingriff gelangen mit entsprechenden Nockenzähnen 124a an dem Steuerschiebe-

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glied 124 (Fig. 16 und 19). Fig. 18 zeigt, daß das Nockenglied 128 an seinem inneren Umfang mit einer Vielzahl von zueinander im Abstand gehaltener Schlitze 128 versehen ist, die radial sich nach innen erstreckende VorSprünge 128d bilden, die in einer indexmäßigen Anordnung relativ zu entsprechenden axialen Vorsprüngen 13Ob an dem Haltering 130 angeordnet sind. An seiner rechten Seite ist das Steuerschiebeglied 124 mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 124c versehen, welcher an die angrenzenden Enden der Spiralkeilverzahnung 116c an dem zentralen Antriebselement 116 angrenzt, auch ist an diesem Steuerschiebeglied 124 an seinem inneren Umfang die Ausnehmung 124d zur drehbaren Aufnahme des äußeren Flansches 13Oa des Halterings 130 vorgesehen. Eine einen Reibungswiderstand erzeugende Feder 118 leistet aufgrund eines Reibungseingriffes eineraxiale Verschiebung des zentralen Antriebselementes 116 mit Bezug dem Abstandsglied 114 kiderstand, eine weitere Feder 134 zur Erzeugung eines Reibungswiderstandes setzt sich aufgrund Reibungseingriffs einer axialen Verschiebung des Steuerschiebegliedes 124 relativ zu dem zentralen Antriebselement 116 entgegen.

Die Wirkungsweise des in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Solange das angetriebene Nabenteil 120 von der Eingangswelle 106 in der Vorwärtsrichtung angetrieben wird und die Vorderräder die Hinterräder um den gewünschten geringen Betrag überlaufen, befindet sich das zentrale Antriebselement 116 in dem in Fig. 16 dargestellten gelösten Zustand, aufgrund' der Wirkung der sich selbstlösenden Kupplungsverzahjiungen der Freilaufkupplung. Aufgrund des Zusammenwirkens der Nockenzähne 128a und 124a wird das Steuerschiebeglied 124 gegen die dagegen drückende Kraft der Feder 126 nach rechts in eine

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erste Wirkposition relativ zu dem Vorwärts-Kupplungselement 112 gedrückt. Während dieser nach rechts verlaufenden Bewegung des Steuerschiebegliedes 124 erfaßt der Flansch 124c desselben die Spiralkeilverzahnung 116a am zentralen Antriebselement und verschiebt das zentrale Antriebselement axial in eine erste Bereitschaftsposition mit Bezug auf das Vorwärts-Kupplungselement 112. Der Haltering 130 arbeitet in der in Fig. 14 gezeigten Weise, um jeweils das Steuerschiebeglied 124 und das zentrale Antriebselement 116 in der ersten Wirk- bzw. in der ersten Bereitschaftsposition zu halten.

Im Falle, daß die Hinterräder momentan ihre Zugwirkung verlieren, wird das zentrale Antriebselement aufgrund des von der Spiralkeilverzahnung 12Oa und 116a erteilten Axialdruck nach rechts verschoben, so daß ein Antriebseingriff zwischen den Kupplungszähnen 116b und 112a bewirkt wird; dadruch überträgt die Ausgangswelle 102 Antriebsmoment auf die Vorderräder des Fahrzeugs. Nehmen die Hinterräder wieder ihren vortrieb auf, dann wird das zentrale Antriebselement aufgrund der sich selbst voneinander lösenden Wirkung der Kupplungszähne nach links verschoben, wobei die Vorderräder dann die Hinterräder wiederum den gewünschten geringen Betrag überlaufen.

Wird die Drehrichtung der Eingangswelle 106 und des Nabenteils 120 umgekehrt, dann wird der Haltering winkelmäßig in die· freigegebene Position (entsprechend Fig. 15) verdreht,relativ zu den radialen Vorsprüngen an dem Steuerschiebe-Nockenglied 128, woraufhin aufgrund der elastischen Vorspannkraft der Feder 126 und der Nockenwirkung der Nockenzähne 124a und 128a das Steuerschiebeglied 124 nach links in eine zweite Wirkponition relativ zu dem Rückwärts-Kupplungselement 110 verschoben wird. Während dieser nach links gerichteten Bewegung des Steuerschiebeglieds

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124 wird die einen Reibungswiderstand entwickelnde Feder 124, deren Konfiguration ähnlich ist wie in Fig. 5 dargestellt, von Schulter 124c erfaßt, wodurch das zentrale Antriebselement 116 nach links eine Bereitschaftsposition relativ zu dem Rückwärts-Kupplungselement 110 verschoben wird. Bei einem Vortriebsverlust der Hinterräder wird das zentrale Antriebselement aufgrund der Wirkung der Spiralkeilverzahnung 116c und 120c in einen Kupp lungseingriff mit dem Rückwärts-Kupplungselement 110 gebracht. Drehen die Rückwärtsräder nicht mehr durch, dann bringen die sich selbstlösenden Kupplungszähne das zentrale Antriebselement wieder in die frei gegebenen Position der Fig. 16.

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Claims

Patentansprüche :

1. Reversible Freilaufkupplung, vorzugsweise zum Antrieb der normalerweise eine um einen geringeren Betrag größere Drehgeschwindigkeit als die Hinterräder aufweisenden Vorderräder eines Fahrzeugs, wenn deren Drehgeschwindigkeit unter die der Hinterräder fällt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (4, 104) mit einer in ihm gelagerten Ausgangswelle (2, 102) und ein Eingangsantriebselement(Antriebszahnrad 6, Eingangswelle 106) vorgasehen ist, daß im axialen Abstand zueinander auf der Ausgangswelle (2, 102) befestigt Vorwärts- und Rückwärts-Kupplungselemente(10, 12; 110, 112) und im Abstand zu beiden und zwischen ihnen auf der Ausgangswelle gleitend gelagert ein ringförmiges zentrales Antriebselement (16, 116) vorgesehen ist, welches an entgegengesetzten Seiten Kupplungszähne (16a, 16b; 116a, 116b) vom selbstlösenden Freilaufkupplungstyp zum Eingriff in entsprechende Kupplungszähne (10a, 10b; 110a, 110b) an den Vorwärts- und RUckwärts-Kupplungselementen aufweist, daß auf die Drehrichtung ansprechende Anordnungen (Spiralkeilverzahnungen (16c, 20a; 116c, 120a) am zentralen Antriebselement (16, 116) und Eingangsantriebselement zur axialen Verschiebung des zentralen Antriebselements in eine der Drehrichtung des Eingangsantriebselements entsprechenden Richtung vorgesehen sind und daß automatische, auf die Drehrichtung des Antriebselements (6, 106) ansprechende Steuerschiebeanordnungen (24, 124; 28, 128) vorgesehen sind, die das zentrale Antriebselement (16, 116) in eine Bereitschaftsposition unmittelbar

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angrenzend an das jeweilige Kupplungselement (10, 12, 110, 112) positionieren, um eine einwandfreie Richtungswirkung sicherzustellen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschiebeanordnungen (24, 124) aus einem ringförmigen Steuerschiebeglied (24) bestehen, welches konzentrisch an einem Ende um ein Ende des zentralen Antriebselementes (16, 116) zur Durchführung einer axialen Verschiebung relativ zu der Ausgangswelle (2, 102) angeordnet ist/ sowie ein stationäres Steuerschiebe-Nockenglied (28, 128), welches linear fluchtend und angrenzend an das andere Ende des Steuerschiebegliedes (24, 124) an dem Gehäuse (4, 104) befestigt ist, wobei Steuerschiebeglieder (24, 124) und Steuerschiebe-Nockenglied (28, 128) an angrenzenden Seiten miteinander in Wirkverbiridung tretende, sich nach Freilaufart voneinander lösende Nockenzähne (24a,124a, 28a, 128a) aufweisen, daß ein das Steuerschiebeglied (24„ 124) axial in Richtung auf das Steuerschiebe-Nockenglied (28, 128)vorspannendes elastisches Element (Druckfeder 26, 126) und Anordnungen (Flansch 16d, Anschlagschulter 24dj Flansch 124c, Feder 134) zur Verbindung des zentralen Antriebselementes (16, 116) zur Durchführung einer begrenzten axialen Bewegung mit Bezug auf das Steuerschiebeglied (24, 124) vorgesehen sind, und daß zwischen dem Steuerschiebeglied (24, 124) und dem Steuerschiebe-Nockenglied (28, 128) ein Haltering (30, 130) vorgesehen ist, der so betätigbar ist, daß er das Steuerschiebeglied (24, 124) in einer ersten Wirkposition festhält, wenn das Eingangsantriebselement (6, 106) in einer Richtung gedreht wird, die das Steuerschiebe-Nockenglied (28, 128) zu einer axialen Verschiebung des Steuerschiebegliedes (24, 124) in einer Pachtung auf diese erste Wirk-

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position realtiv zu einem der Kupplungselemente (10, 12) veranlaßt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Haltering (30, 130) bei Drehung des Eingangsantriebselements (6, 106) in entgegengesetzter Richtung zur Freigabe des Steuerschiebeglieds (24, 124) betätigbar ist, wobei das Steuerschiebeglied (24, 124) der Feder (26, 126) in die entgegengesetzte axiale Richtung und aufgrund des Eingriffs der Nockenzähne (24a, 124a, 28a, 128a) in Richtung einer zweiten Wirkposition relativ zu dem anderen Kupplungselement (12) verschiebbar ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Reibungswiderstand gegen eine axiale Verschiebung des zentralen Antriebselements (16, 116) mit Bezug auf die Ausgangswelle (2, 102) aufbringende Feder (18; 118) vorgesehen ist, wodurch sichergestellt ist, daß während einer axialen Verschiebung des zentralen Antriebselementes (16,116) in jede der beiden Wirkpositionen,dieses zentrale Antriebselement (16, 116) in eine mit Bezug auf das Steuerschiebeglied (24, 124) zurückgezogene Position verschoben wird, derart, daß dann, wenn das Steuerschiebeglied (24, 124) in einer Wirkposition ist, sich das zentrale Antriebselement relativ zu den zugeordneten Kupplungselement in einer Bereitschaftsposition befindet.

5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsantriebselement (6, 106) ein ringförmiges Nabenteil (20, 120) umfaßt, welches konzentrisch mit einem Ende um das eine Ende des zentralen Antriebselements (16, 316) angeordnet ist und daß die auf eine Drehrichtung

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ansprechenden Anordnungen aus miteinander in Wirkverbindung stehenden Spiralkeilverzahnungen (16c/ 20a; 116c, 12Oa) jeweils an dem äußeren bzw. inneren Umfang des zentralen Antriebselementes (16, 116) bzw. des Nabenteils (20, 120) bestehen .

6. Kupplung nach einem oder meheren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsantriebselement aus einem Antriebszahnrad (6) besteht, welches drehbar auf der Ausgangswelle (2) angeordnet ist, und daß das Antriebszahnrad (6) fest mit dem anderen Ende des Nabenteils (20) verbunden ist.

7. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine linear fluchtend auf die Ausgangswelle (102) ausgerichtete Eingangswelle (106) vorgesehen ist, die drehbar mit dem Gehäuse (104) verbunden ist und daß das Nabenteil (120) mit seinem anderen Ende an der Eingangswelle

(106) drehfest angeschlossen ist.

8. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (30, 130) konzentrisch innerhalb des Steüerschiebe-Nockengliedes (28, 128) und des Steuerschiebegliedes (24, 124) angeordnet ist.

9. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (2, 102) mit den Vorderrädern eines Fahrzeugs und die Eingangsantriebselemente (Eingangszahnrad 6 bzw. Eingangswelle 106) mit den Hinterrädern des Fahrzeugs verbunden sind.

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