DE2822373C2 - Selbsttätige Kupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits verschiedenartige Kupplungen vorgeschlagen worden, mittels denen die vordere Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges mit Vierradantrieb mit ihren zugehörigen Rädern verbunden werden kann. Eine derartige Kupplung ist normalerweise ausgerückt, damit sich die Räder unabhängig von der vorderen Antriebsachse drehen können. Derartige Kupplungen erfordern jedoch, daß der Fahrer des Fahrzeuges jede der Kupplungen von Hand einrückt, um eine Antriebsverbindung zwischen der vorderen Antriebsachse und den Rädern herzustellen, und diese Kupplungen 6i wiederum von Hand ausrückt, um diese Antriebsverbinrlntig/.ij unterbrechen.

i'ei anderen Alisführungsformen finden Freilaufkupplungen Verwendung, die selbsttätig einrücken, wenn auf die vorden? Antriebsachse ein Drehmoment ausgeübt wird und wenn ein Drehmoment auf die Räder zu Antriebszwecken übertragen wird. Derartige Freilaufkupplungen rücken jedoch automatisch im Schiebebetrieb des Fahrzeuges aus. Mit anderen Worten, die Freilaufkupplungen rücken ein, wenn die Drehzahl der Antriebswelle größer wird als die Drehzahl des Rades; sie rücken dagegen aus, wenn die Drehzahl rles Rades größer wird als die der Antriebsachse. Derartige Freilaufkupplungen sind dann üblicherweise mit vom Fahrer von Hand betätigbaren Einrichtungen versehen, um zwangsweise die Antriebswelle mit den Rädern zu kuppeln.

Bei weiteren bekannten Sperrkupplungen erfolgt das selbsttätige Einrücken bei Drehmomentbeaufschlagung der vorderen Antriebsachse dadurch, daß Stifte in Schlitze hineinbewegt werden, so daß auf diese Weise die Antriebsachse mit den zugehörige« Rädern verbunden wird. Eine Kupplung dieser Art mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 32 17 847 bekannt Bei dieser Kupplung erfolgt das Einrücken bei angetriebener Achse dadurch, daß ein bewegliches Nockenglied gegenüber einem stationären Nockenglied verschoben wird, wodurch der mit dem beweglichen Nockenglied zusammenwirkende Kupplungsring mit seinen Stiften in zugehörige Ausnehmungen der anderen Kupplungshälfte eingreift Eine derartige Kupplung sorgt zwar für ein Einrücken sowohl im Antriebsbetrieb als auch im Schiebebetrieb; es besteht jedoch die Möglichkeit daß die Stifte aus den Schlitzen herausrutschen, wenn vom Antriebsbetrieb auf Schiebebetrieb übergegangen wird. In diesem Fall rückt die Kupplung zuerst aus und rückt dann automatisch wieder ein. Bei üblichen Fahrtgeschwindigkeiten kann ein solches Ausrücken und Wiedereinrükken der Kupplung jedoch zu sehr starken Stoßbelastungen für die Kupplungsteile führen. Auch die gesamte Kraftübertragung zu den Vorderrädern kann unzulässig starken Stoßbelastungen ausgesetzt sein. Dies führt nicht nur zu einem unvorhersehbaren und gefährlichen Fahrverhalten, sondern möglicherweise auch zu einer Beschädigung des Antriebsmechanismus. Darüber hinaus sind bezüglich der Drehmomentübertragung nicht genau definierte Betriebszustände möglich, bei denen die Antriebsachse zwar umläuft, jedoch zwischen der Antriebsachse und den Rädern keine Drehmomentübertragung stattfindet. Unter solchen Betriebsbedingungen kann ein nachteiliges und vom Fahrer nicht gewünschtes Umschalten zwischen Antriebsbetrieb und Schiebebetrieb erfolgen. Hierbei wird dann die Kupplung ausgerückt und wieder eingerückt wobei dieselben gefährlichen Betriebszustände auftreten, wie sie schon oben geschildert worden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige Kupplung der angegebenen Art zu schaffen, die sowohl beim Antriebsbetrieb und Schiebebetrieb als auch beim Übergang zwischen Antriebsbetrieb und Schiebebetrieb und sowohl bei Vorwärtsfahrt wie RückwärtslFahrt als auch beim Übergang zwischen Vorwärtsfaihrt und Rückwärtsfahrt zwangsweise eingerückt bleibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung wird durch eine Relativbewegung zwischen dem Kupplungsring und dem Nockenglied die Axialverschiebung des Kupplungsringes bewirkt. Dabei rücken die

Nockenflächen des Nockengliedes aus den Nockenflächen des Nockenfolgegliedes aus. Mit anderen Worten, im eingerückten Zustand der Kupplung sind die Nockenflächen des Nockengltedes gegenüber den Nockenflächen des Nockenfolgegliedes in Umfangsrichtung des Kupplungsringes verschoben, so daß auch bei Übergang von Antriebsbetrieb auf Schiebebetrieb und umgekehrt nicht die Gefahr besteht, daß der Kupplungsring in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt wird. Infolgedessen wird die zwangsweise _w Verriegelung der Kupplungshäiften sowohl während des Antriebsbetriebes und Schiebebetriebes als auch bei Obergang von Antriebsbetrieb auf Schiebebetrieb und umgekehrt aufrechterhalten.

Die Erfindung schafft somit eine verbesserte Kupp- υ lung zum selbsttätigen Herstellen einer Antriebsverbindung zwischen einem treibenden Kupplungsteil und einem getriebenen Kupplungsteil immer dann, wenn das treibende Kupplungsteil seinerseits in Drehung versetzt wird. Die Kupplung hält den eingerückten Zustand zwischen den Kupplungsteilen zwangsweise so lange aufrecht, wie das treibende Kupplungsteil in Drehung gehalten wird; sie rückt dann selbsttätig aus, wenn das treibende Kupplungsteil eine Drehrichtungsumkehr erfährt. Die erfindungsgemäße Kupplung eignet sich ₂s insbesondere zur Verwendung in allradgetriebenen Vierradfahrzeugen, wo ein automatisches Herstellen einer Antriebsverbindung zu den Vorderrädern gewünscht wird, wenn der Fahrer den Vorderradantrieb zuschalteL Die Kupplung arbeitet gleichermaßen gut _3n bei Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges. Sie bleibt zwangsläufig so lange eingerückt, bis der Fahrer den Vierradantrieb ausschaltet und eine Drehrichtungsumkehr herbeiführt.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen _J5 aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine selbsttätige Kupplung eines allradgetriebenen Vierradfahrzeuges;

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei weitere Einzelheiten der Kupplung gezeigt sind;

F i g. 3 eine ebene Abwicklung längs der Linb 3-3 von Fig. 1, wobei die Kupplung im ausgerückten Zustand gezeigt ist;

F i g. 4 eine ebene Abwicklung ähnlich F i g. 3, wobei die Kupplung in dem Zustand gezeigi ist, den sie bei Kraftübertragung in Vorwärtsrichtung einnimmt;

F i g. 5 eine ebene Abwicklung ähnlich F i g. 3, wobei die Kupplung in der Stellung gezeigt ist, die sie beim Schiebebetrieb in Vorwärtslichtung einnimmt;

F i g. 6 eine ähnliche Abwicklung wie in F i g. 3, wobei jedoch die Kupplung in der Stellung gezeigt ist, die sie bei Kraftübertragung bei Rückwärtsfahrt einnimmt;

F i g. 7 eine Abwicklung ähnlich F i g. 3, wobei jedoch die Kupplung in der Stellung gezeigt ist, die sie beim Schiebebetrieb in Rückwärtsrichtung einnimmt; und

F i g. 8 eine schematische Darstellung eines Zwischengetriebes, das zusammen mit der Kupplung nach den eo F i g. 1 bis 7 verwendbar ist.

Wie aus den F i g. 1, 2 und 3 ersichtlich ist, umfaßt die dargestellte Kupplung eine Welle 10, die das treibende Kupplungsteil darstellt. Die Welle 10 ist z. B. die Vordcrachsantreibswelle eines allradgetriebenen Vier- (,5 radfahrzeuges. Die Welle 10 ist in einem Achsgehäuse 12 in üblicher Weise gelagert. Sie erstreckt sich über das spindelförmige Achsgehäuse 12 nach außen. Am äußeren Ende der Welle 10 ist ein Federsitz 14 mittels eines Bolzens 16 befestigt. Ein Bund 18 ist drehfest mit der Welle 10 verbunden. Er liegt zwischen der Spindel des Gehäuses 12 und dem Federsitz 14.

Ein getriebenes Kupplungsteil, das hier als eine Vorderradnabe 20 eines allradgetriebenen Vierradfahrzeuges dargestellt ist, ist über nicht dargestellte Lager um das Achsgehäuse 12 drehbar gelagert Zum Befestigen dieses Lagers sind wie üblich Sicherungsmuttern 22 und 24 vorgesehen. Die Sicherungsmutter 24 ist mit einer glatten Ringfläche 26 versehen.

Eine eine Verlängerung der Nabe darstellende Hülse 28 ist drehfest mit der Vorderradnabe 20 verbunden. Die Hülse 28 erstreckt sich in Auswärtsrichtung über den Federsitz 14 und den Bolzen 16 hinaus. Ihr äußeres Ende ist durch eine Kappe 30 verschlossen. Die eine Verlängerung der Nabe darstellende Hülse 28 ist mit einer Vielzahl von Kupplungszähnen 32 versehen.

Ein Nockenglied 34 in Form eines Ringes ist im Abstand von der Spindel des Achsgehäuses Ϊ2 und vom Bund 18 anpeordnet, so daß er bezüglich dieser Teile verdrehbar ist Das Nockenglied 34 Lat nach außen zusammenlaufende Nockenflächen 36. En Stift 38 ist am Nockenglied 34 befestigt und erstreckt sich von diesem nach innen. Ein Schleppring 40 liegt reibschlüssig an der Ringfläche 26 der Sicherungsmutter 24 an, und an ihm greift der Stift 38 an. Das Nockenglied 34 ist ferner mit einer Vielzahl nach außen verlaufender Finger 42 versehen.

Ein der Welle 10 zugeordneter Kupplungsring 44 ist über eine Nut/Feder-Verbindung drehfest mit dem Bund 18 verbunden, kann jedoch bezüglich des letzteren verschoben werden. Der Kupplungsring 44 besitzt eine Vielzahl von Kupplungszähnen 46, die mit den Kupplungszähnen 32 der Hülse 28 in Eingriff gebracht werden können. Durch eine am Federsitz 14 abgestützte Feder 48 ist der Kupplungsring 44 in Einwärtsrichtung vorgespannt, so daß die Kupplungszähne 46 normalerweise nicht mit den Kupplungszähnen 32 in Eingriff stehen. Der Kupplungsring 44 ist ebenfalls mit finer Vielzahl von Nockenflächen 50 versehen. Die Nockenflächen 50 laufen in Einwärtsrichtung auseinander bis zu einer inneren glatten Fläche 52. Der Kupplungsring 44 trägt ferner eine Vielzahl von Anschlagstiften 54 für das Nockenglied 34.

Die Nockenflächen 36 des Nockengliedes 34 und die Nockenflächen 50 des Kupplungsringes 44 haben komplementäre Form. Steht der Kupplungsring 44 in der in F i g. 1 gezeigten Stellung, so befinden sich die Nockenflächen 36 und 50 in der in F i g. 3 gezeigten Stellung. Die Kupplungszähne 32 und 46 stehen nicht miteinander im Eingriff, und die Vorderradnabe 20 kann frei um die stationäre Welle 10 umlaufen, d. h. das Fahrzeug läuft nur mit zwei angetriebenen Rädern, nämlich den Hinterrädern.

Wünscht der Fahrer den Antrieb aller vier Räder, so verbindet er die Welle 10 mit dem Motor. Der Bund Ϊ8 und der Kupplungsring 44 laufen dann zusammen mit der Welle 10 um. Die durch die Reibungskräfte zwischen Schleppring 40 und Sicherungsmutter 24 erzeugte Kraft ist so groß, daß die Drehbewegung des Nockengliedes 34 verzögert wird. Die Nockenflächen 50 laufen dann auf den Nockenflächen 36 in Auswärtsrichtung, und der Kupplungsring 44 wird entgegen der Kraft d.jr Keder 48 aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung in Auswärtsrichtung in die in F i g. 4 gezeigte Stellung bewegt. Die Fläche 52 lauft längs ots am weitesten außenliegcnden Punktes der Nockenflächen 36. bis die Anschlagstiftc 54

in Anlage an die Finger 42 kommen. Danach läuft das Nockenglied 34 zusammen mit dem Kupplungsring 44 um. Die Kupplungszähne 46 werden in Auswärtsrichtung bewegt, so daß sie in Eingriff mit den Kupplungszähnen 32 treten. Auf diese Weise wird eine Kraftübertragung zwischen der Welle 10 und der Vorderradnabe 20 hergestellt. Die Kupplungszähne 32 und 46 sind so ausgebildet, daß das Spiel zwischen ihnen kleiner ist als der Abstand zwischen dem innenliegenden Ende einer jeden Nockenfläche 50 und dem benachbarten Anschlagstift 54 gemessen längs der Fläche 52.

Gehl das Fahrzeug vom Antriebsbetrieb in den Schiebebetrieb über. z. B. dann, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Gaspedal nimmt, so läuft die Vorderradnabe 20 schneller als die Welle 10. Die Kupplungszähne 32 bewegen sich dann aus der in F i g. 4 gezeigten Stellung heraus und in die in F i g. 5 gezeigte Stellung hinein.

Nun ist eine Antriebsverbindung von den Rädern zum Motor de? Fahr7Piiges hergestellt, so daß das Fahrzeug durch den Motor abgebremst werden kann. Die Anschlagstifte 54 liegen weiterhin an den Fingern 42 an, und der Kupplungsring 44 dreht weiterhin das Nockenglied 34 und den Schleppring 40 relativ zur Sicherungsmutter 24. Das Fahrzeug kann wiederholt vom Antriebsbetrieb auf Schiebebetrieb und umgekehrt übergehen, wobei die Kupplungszähne 32 und 46 stets in Eingriff bleiben. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß stets eine Kraftübertragung von und zu den vier Rädern des Fahrzeugs vorliegt.

Will der Fahrer rückwärts fahren, so hält er das ; Fahrzeug an und legt anstelle eines Vorwärtsganges einen Rückwärtsgang ein. Dann wird das Fahrzeug wieder in Bewegung gesetzt, was bei nach wie vor eingeschaltetem Vierradantrieb erfolgt. Da das Spiel zwischen den Kupplungszähnen 32 und 46 kleiner ist als j der Abstand zwischen den Nockenflächen 50 und den Anschlagstiften 54. erhält man eine Berührung zwischen den Kupplungszähnen schon bevor die Nockenflächen 50 in Anlage mit den Nockenflächen 36 treten. Zwischen den Kupplungszähnen 32 und 46 wird ein so großer j Druck erzeugt, daß der Kupplungsring 44 entgegen der Vorspannkraft der Feder 48 gehalten wird, wenn er aus der in F i g. 4 gezeigten Stellung z.B. in die in F i g. 6 gezeigte Stellung bewegt wird. Die Nockenflächen 50 laufen nicht auf den Nockenflächen 36 nach unten, und j man hat weiterhin eine Kraftübertragung zu allen vier Rädern des Fahrzeuges. Fährt das Fahrzeug rückwärts, so nehmen die Kuppiungsteile bei der Kraftübertragung zu den Rädern die in F i g. 6 gezeigte Stellung und im Schiebebetrieb die in F i g. 7 gezeigte Stellung ein. > wobei die Kupplung stets zwangsweise eingerückt bleibt so daß das Fahrzeug im Allradbetrieb läuft.

Ein sehr wichtiger Vorteil der oben beschriebenen Konstruktion besteh: darin, daß eine zwangsweise hergestellte Antriebsverbindung sowohl beim Antriebsbetrieb als auch beim Schiebebetrieb und sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt hergestellt wird. Diese zwangsweise Antriebsverbindung wird selbsttätig hergestellt, so daß eine Verriegelung der Radnaben von Hand nicht mehr notwendig ist.

Will der Fahrer wieder auf Zweiradantrieb übergehen, so hält er das Fahrzeug an und unterbricht die Drehmomentbeaufschlagiing der Welle 10. Er bewegt dann das Fahrzeug so weit in entgegengesetzter Richtung, daß die Nockenflächen 36 und die Nockenflächen 50 in eine fluchtende Lage kommen können. Durch die Feder 48 win., der Kupplungsring 44 in F.inwärtsrichlung in die in den F i g. I und J gezeigte Stellung bewegt. Der Fahrer kann dann mit zwei angetriebenen Rädern in beliebiger Fahrtrichtung weiterfahren.

Bei einer bevorzugten Atisführungsform der Erfindung wird eine direkte Antriebsverbindung zwischen dem Motor des Fahrzeuges und der Hinterachsantriebswelle hergestellt, während der zu- und abschaltbare Antrieb zur Vorderradantreibsachse hin erfolgt. I i g. 8 zeigt ein Beispiel einer derartigen Ausführungsform. Ein Zwischengetriebe hat eine Eingangswelle 56, die von dem Schaltgetriebe eines allradgetriebenen Vierradfahrzeuges her mit Drehmoment beaufschlagt ist. Eine Hinterradabtriebswelle 58 ist direkt mit der Eingangswelle 56 verbunden und ferner über eine Hinterradantriebsvelle mit der Hinterachse verbunden. In dem Zwischengetriebe ist ein Kettenrad 60 bezüglich der Eingangswelle 56 drehbar gelagert. Ein komplementäres Kettenrad 62 ist fest mit einer Vorderradabtriebswelle 64 verbunden, die ihrerseits über eine Vorderradantriebswelle mit der Welle IO für die Vorderräder verbunden ist. Durch eine Kette 66 sind die Kettenräder 60 und 62 zur Übertragung von Drehmoment miteinander verbunden. Eine Kupplung 68 ist mittels einer Betätigungseinrichtung 70 vom Fahrer wahlweise betätigbar. In der einen Schaltstellung koppelt die Kupplung 68 das Kettenrad 60 von der Eingangswelle 56 ab. so daß ein Drehmoment von der Eingangswelle 56 nur auf die Hinterradabtriebswelle 58. nicht jedoch auf die Vorderradabtriebswelle 64 übertragen wird. Unter diesen Betriebsbedingungen werden oic beiden Hinterräder des Fahrzeuges angetrieben. In der anderen Schaltstellung verbindet die Kupplung 68 das Kettenrad 60 mit der Eing?ngswelle 56, so daß das auf die Eingangswelle 56 gegebene Drehmoment sowohl auf die Hinterradabtriebswelle 58 als auch auf die Vorderradabtriebswelle 64 abgegeben wird. Ist die Kupplung 68 eingerückt und wird die Vorderradabtriebswelle 64 nun mit Drehmoment beaufschlagt, so läuft die Welle 10 um, und der Allradantrieb wird automatisch hergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   U Selbsttätige Kupplung, insbesondere zum Zuschalten einer zusätzlichen Abtriebsachse bei geländegängigen Kraftfahrzeugen mit wahlweisem Vierradantrieb, mit einer treibenden und einer getriebenen Kupplungshälfte und einem mit einer Kupplungshälfte drehfest verbundenen Kupplungsring, der durch Federkraft in eine Ausrückstellung vorgespannt ist und von einer auf eine Ausrückstellung vorgespannt ist und von einer auf eine Drehbewegung der treibenden Kupplung.' 'lälfte ansprechenden Nockeneinrichtung in eine Einrückstellung bewegbar ist, in der er unter Spiel in Verzahnungseingriff mit der anderen Kupplungs- i> hälfte steht, wobei die Nockeneinrichtung ein einem feststehenden Teil zugeordnetes Nockenglied und ein relativ dazu drehbares, zur Betätigung des Kupplungsringes dienendes Nockenfolgeglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenglkd (34) mit dem feststehenden Teil (24) durch Reibschlupf verbunden ist, daß das Nockenfolgeglied (Nockenflächen 50,52) mit dem Kupplungsring (44) verbunden ist, daß das Nockenglied (34) am Scheitelpunkt seiner Nockenflächen (36) eine Fläche aufweist, die in Kontakt mit der Nockenfläche (52) des Kupplungsringes (44) au? dieser gleitet, daß zur Verhinderung eines Ausrückens des Kupplungsringes (44) bei einer Relativdrehung zwischen den Kupplungshälften innerhalb des Verzahnungsspiels eine Begrenzung für die Relativbewegung zwischen Nockenglied (34) und Kupplungsring (44) vorgesehen ist und daß übei den Br. eich dieser Relativdrehung die Nockenfläcksn (50) des Kupplungsringes (44) nicht den Nockenflächen ("'S) des Nockengliedes (34) gegenüberstehen.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenfolgeglied einspringende Nockenflächen (50) aufweist, denen jeweils zwei Anschlagstifte (54) für die Nocken des Nockengliedes (34) zugeordnet sind, die in einem Abstand von den einspringenden Nockenflächen (50) angeordnet sind, der größer ist als das Spiel der Kupplungsv^rzahnung.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken mit Fingern (42) versehen sind, die mit den Anschlagstiften (54) bei eingerückter Kupplung zusammenwirken.