DE3039867A1

DE3039867A1 - Automatische kupplung

Info

Publication number: DE3039867A1
Application number: DE19803039867
Authority: DE
Inventors: Harry A. Boulder Col. Petrak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1981-04-30
Also published as: JPS5663132A; US4287972A; JPH0130652B2; DE3039867C2; AU537025B2; GB2061417B; GB2061417A; AU6353480A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Kupplung, die derart ausgelegt ist, daß sie wahlweise und automatisch ein äußeres Nabenelement und ein Radelement bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb in und außer Eingriff in bezug zu einer inneren konzentrischen Antriebsachse bringt, die drehbeweglich in einem ortsfesten Achsgehäuse gelagert ist und einen kerbverzahnten Endabschnitt hat, der an einem Ende des Achsgehäuses nach außen vorsteht.

Mechanische Kupplungen dieser zuvor angegebenen Bauart sind üblicherweise zwischen drehbeweglichen Antriebselementen und angetriebenen Elementen vorgesehen, um wahlweise zwischen diesen Elementen einen Eingriffszustand herzustellen, wenn ein Drehmoment auf das Antriebselement wirkt. Ein typisches Anwendungsgebiet stellt die Vierradantriebsregelung bei Fahrzeugen dar, um hierbei wahlweise die Antriebsachse in bezug zu den Vorderrädern in Eingriff und außer Eingriff zu bringen, um eine Umschaltung von einem Zweiradantrieb auf einen Vierradantrieb und umgekehrt zu ermöglichen. Bisher wurden zahlreiche Kupplungen für diese und weitere Anwendungsfälle verwendet, die aber in starkem Maße hinsichtlich ihrer Arbeitsweise von einer Federvorbelastungskraft abhängig sind, die dazu dient, zwei ineinandergreifende Zahnräder mittels einer Gleitbewegung zu trennen, wobei eines der Zahnräder längs einer Antriebswelle gleitbeweglich verschoben wird. Das Haftvermögen von Zahnrädern, die sich kombinieren lassen, und des gleitend beweglichen Zahnrades mit der Antriebswelle, das seine Ursache in einem störenden oder latenten Drehmoment, in Oberflächenzuständen der ineinandergreifenden Teile, der Schmierung oder einer fehlenden Schmie-

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rung, der Temperatur, im Staub, in Zwischenräumen, in der Viskosität des Schmiermittels, der Konzentrizität der Teile, in Graten, in Verschmutzungen und in anderen Umständen haben, behindert unter bestimmten Umständen das Eingreifen der Zähne zwischen den zusammenarbeitenden Zahnrädern, so daß sich schwerwiegende Störfunktionen ergeben. Jegliche Kupplungsauslegung, die auf einer Feder oder Federn basiert, mit denen ein schnelles Außereingriffbringen zwischen den zusammenarbeitenden Zahnrädern erreicht wird, ist funktionsmäßig von den Umgebungsbedingungen abhängig, unter denen die Kupplung arbeiten muß. Ferner bewirken Rückholfedern, die zum Ausrücken eine ausreichend starke Kraft aufbringen müssen, Druckbeanspruchungen auf die Axiallager des Fahrzeugs, sowie auf jene Lager, die das Betätigungselement abstützen, so daß zulässige Rückholfederdrücke durch die Auslegung und die bei der Ausbildung des Fahrzeugrades verwendeten Teile festgelegt sind.

Eine Hauptschwierigkeit, die das zuverlässige Arbeiten einer Kupplung der zuvor beschriebenen Bauart nachteilig beeinflußt, liegt in den Schmierbedingungen und Kennwerten der Schmiermittel, bei extrem heißen oder kalten Temperaturen neigen übliche Schmiermittel zum Koagulieren oder werden nahezu fest. Sobald ein Fahrzeug vom Besitzer angewandt und gewartet wird, ist keine Sicherheit mehr für die Verwendung von bestimmten geeigneten Schmiermitteln gegeben. Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn die Fahrzeugräder vor oder während einem Versuch zum Ausrücken der Kupplung sich drehen, wobei ein nennenswerter Spann- bzw. Anpreßdruck auf die zusammenarbeitenden oder kombinierten Zahnräder um die Grenzfläche zwischen der Achskeilverzahnung und dem Zahn-

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rad ausgeübt wird, so daß zum Ausrücken der Teile eine größere Kraft erforderlich ist.

Ferner ist es bei Fahrzeugen mit einem Vierradantrieb erforderlich, daß alle vier Räder in Eingriffsverbindung mit der Kraftübertragungseinrichtung selbst bei einem steilen oder plötzlichen Abstieg sind. Von daher ist es erwünscht, eine Kupplung zu haben, die zwangsweise unter der Schaltung einer Bedienungsperson des Fahrzeugs eingerückt und ausgerückt werden kann, ohne daß Beeinflussungen durch Umgebungsbedingungen oder Betriebsbedingungen vorhanden sind. Auch sollen ferner keine unnötig starken Beanspruchungen an irgendeinem der Drucklager auftreten, die in der Kupplung oder dem Fahrzeug vorhanden sind.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, eine mechanische Kupplung zu schaffen, die äußerst zuverlässig arbeitet und im Betrieb störunanfällig ist, wobei die treibenden und angetriebenen Elemente zwangsweise unter der Beeinflussung einer Bedienungsperson in den Eingriffszustand mitgenommen und aus demselben genommen werden können.

Insbesondere soll nach der Erfindung eine automatische Kupplung geschaffen werden, die eine äußerst geringe Anzahl von beweglichen Elementen hat, die längs einem vorbestimmten Weg beweglich sind, um zwangsweise einen Singriffszustand oder einen ausgerückten Zustand zwischen den treibenden und getriebenen Elementen zu bewirken, wobei eine vollständige Abhängigkeit von einer Rückholfeder oder anderweitigen Druckbeanspruchungen bewirkenden Zwangskräften zum Ausrücken der Kupplungselemente vermieden ist.

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Ferner schafft die Erfindung eine automatische Kupplung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, die eine beeinflussbare Fernbedienung der Kupplung ermöglicht, lim das Fahrzeug in einen Zustand mit Vierradantrieb unter- Aufbringung eines Drehmoments auf die Antriebswelle oder Antriebsachse umzuschalten oder von diesem Vierradantrieb durch Aufheben des Drehmoments und durch eine Gegendrehung oder durch Verdrehen des angetriebenen Elements um weniger als eine vollständige Umdrehung bringbar ist, wobei die Kupplung entweder bei Vorwärtsfahrt oder bei Rückwärtsfahrt des Motorfahrzeuges automatisch eingerückt oder ausgerückt werden kann.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Kupplung durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs aus.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigti

Figur 1 eine Querschnxttsansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform einer automatischen Kupplung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, wobei die Kupplung im eingerückten Zustand oder im Antriebszustand mit Vierradantrieb gezeigt ist,

Figur 2 eine Querschnxttsansicht der Kupplung im ausgerückten Zustand,

Figur 3 eine in den Figuren 1 und 2 gezeigte automatische Kupplung in einer auseinandergezogenen Darstellung,

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Figur 4 eine Querschnittsansicht etwa längs der Linie 4-4 in Figur 1, und

Figuren 5A bis 5E vergrößerte Ansichten zur Verdeutlichung der Bewegung zwischen den ineinandergreifenden Elementen der Kupplung.

Die in der Zeichnung näher dargestellte automatische Kupplung ist zur Verwendung bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb bestimmt, bei dem durch Betätigung ein Sperren und Lösen zwischen einer Antriebsachse A und einer im Abstand angeordneten äußeren konzentrischen Radnabe H erreicht werden. Ein Ende der Antriebsachse A ist in den Figuren 1 und 2 gezeigt, und hat äußere, axial verlaufende Keilzähne 10 und es ist eine Ringnut · 11 in der Außenfläche der Achse zwischen den Keilverzahnungsabschnitten 10 und dem äußeren Ende 12 der Achse ausgebildet. Eine zylindrische Hohlwelle S ist in einem Abstand unter Bildung einer äußeren konzentrischen Anordnung zu der Antriebsachse fest angebracht. Die Außenfläche der Welle ist mit Gewinde versehen, um eine außen liegende Wellenmutter 14 aufzunehmen und eine innen liegende gesicherte Wellenmutter 15 ist mittels einer gesicherten Unterlagsscheibe 16 in einem Abstand von der Mutter angeordnet. Die gesicherte Unterlagsscheibe 16 ist mittels einer Keilverbindung in einer Keilnut 14 aufgenommen. Die Mutter 15 hat einen Abstand von dem Innenlaufring eines Radlagers B, was durch eine Distanzunterlagsscheibe 17 erreicht wird. Die Radnabe H ist drehbeweglich bezüglich der Welle S und der Achse A mittels einer Radlageranordnung B gelagert und ein äußerer Abdeckflansch C ist fest mit dem Ende der Radnabe mit Hilfe von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten

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Schrauben D angebracht, um die gesamte Achse und die Camlock-Anordnung zu umschließen.

Die Camlock-Anordnung ist insgesamt mit 20 bezeichnet und weist ein inneres, konzentrisches Camlock-Element oder ein Ringelement 21 und ein äußeres konzentrisches Mitnahmeelement 22 oder Ringelement 22 auf. Die Elemente 21 und 22 haben fluchtende Mitnahmeschlitze 23 und 24 jeweils in ümfangsabständen angeordnet, die Steuernachlaufelemente 26 aufnehmen, die von einem Antriebszahnrad 28 nach außen' vorstehen. Das Antriebszahnrad 28 wird durch die Drehbewegung der Antriebsachse A und die Bewegung der Schaltnachlaufelemente 26 über die Schaltschlitze 23 und 24 auf die nachstehend beschriebene Weise axial vorgeschoben. Die axiale Vorschubbewegung des Antriebsζahnrads 28 in Richtung auf das äußere Ende der Achse A bewirkt, daß dieses Antriebszahnrad in Kämmeingriff mit einem äußeren konzentrischen Zahnkranz 30 kommt, der seinerseits mit dem Abdeckflansch C zusammenarbeitet, um die Antriebsachse A über das Antriebszahnrad 28 und den Zahnkranz 30 in dem Abdeckflansch C und die damit verbundene Radnabe H zu verdrehen, um das nicht gezeigte Fahrzeugrad zu drehen. Wenn die Antriebsachse A nicht mehr umläuft, rückt die Camlock-Anordnung 20 bzw. die gesicherte Steuereinrichtung 20 das Antriebszahnrad von dem Eingriffszustand mit dem Zahnkranz ab, wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Das innere Camlock-Element 21 hat radial nach innen gebogene Zähne oder Nasenfortsätze 34 an seinem inneren Ende und das äußere Steuerelement 22 ist mit einem radial nach außen weisenden Flansch oder einer Lippe 35 an seinem inneren Ende versehen und arbeitet mit der Wellensperre 38 und dem Druck-

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scheibenlager 42 zusammen.

Die Wellensperre 38 hat axial gerichtete und radial nach innen vorstehende Nasenansätze 36, die in die Zähne 34 an dem Camlock-Element 21 eingreifen, um die Camlock-Anordnung 20 gegen Verdrehen zu sichern, wenn die Anordnung 20 ihre Ausrückstellung einnimmt. Federnasen 39 sind in Umfangsrichtung in Abständen in Richtung zu dem äußeren radialen Ende der Wellensperre 38 angeordnet und ragen nur wenig in tiefe Vertiefungen oder Einkerbungen 16' auf der Außenrandfläche der gesicherten Unterlagescheibe 16. Ein radial nach innen vorspringender Keil 40' auf der Innenrandflache der gesicherten Unterlagsscheibe 16 greift in eine Keilnut 40 in der Welle 5 ein. Eine weitere Gruppe von nach innen vorspringenden Nasen 41 liegen gegen die äußere Ringfläche der Wellenmutter 14 an, um die Wellensperre 38 in bezug zu der Mutter 14 zu zentrieren. Ein Drucklager bzw. ein Axiallager 42 ist auf der Außenfläche der Wellensperre 38 angeordnet und es handelt sich hierbei vorzugsweise um ein öl-graphitgetränktes Bronzelager, das Ansätze 43 an seiner Innenfläche hat, die mit Schlitzen 41' zusammenarbeiten, die man durch Ausstanzen der Nasen 41 in der gesicherten Unterlagsscheibe 38 erhält, so daß das Lager drehfest ist und das Lager auf der Wellensperre zentriert ist. Die Außenfläche des.Drucklagers bildet eine ebene Lauffläche für den Flansch 35 des äußeren Steuerelements 22.

Eine Baugruppenabschlußkappe 44 umgibt die Wellensperre 38, das Drucklager 42 und den Flansch 35, um diese Bauteile zu einer Baugruppe zu vereinen und dieselben in konzentrischer Zuordnung zu der Wellenmutter 14 und in einer äußeren, in einem Abstand angeordneten konzentri-

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sehen Zuordnung zu der Antriebsachse A zu halten. Die Baugruppenabschlußkappe 44 ist mit einer Vielzahl von Ansätzen bzw. Nasen 44' am innen liegenden Ende versehen, die nach innen entgegen der Innenfläche oder der Unterseite der Wellensperre 38 gebogen sind. Hierbei ist ausreichend Zwischenraum vorhanden, um ein Zusammendrücken der Bauteile zu vermeiden und sicherzustellen, daß das äußere Steuerelement 22 frei drehbeweglich ist, während das Drucklager 42 und die Wellensperre 38 ortsfest bleiben.

Das Antriebszahnrad 38 hat eine hohlzylindrische Auslegung und ist relativ dickwandig. Seine Innenwandfläche ist mit einer Keil- bzw. Kerbverzahnung (bei 50) versehen, um mit äußeren Kerbverzahnungsabschnitten 10 auf der Achse A zusammenzuarbeiten. Seine Außenfläche ist wie bei 52 angedeutet, mit einer Keil- bzw. Kerbverzahnung versehen, die in Kämmeingriff mit einer Innenverzahnung oder Kerbverzahnungsabschnitten 54 auf dem Zahnkranz 30 kommt. Die Axialbewegung des Antriebszahn— rades 38 wird durch die Steuernachlaufelernente 26 geregelt. Jedes Steuernachlaufelement 26 hat einen Bolzen bzw. Stift 56, der mit einer gezahnten bzw. gerippten Spitze versehen ist, die unter Einhaltung einer Preß— passung in radialer Richtung in eine öffnung in dem Körper des Antriebszahnrades 28 eingetrieben ist. An dem Stift 56 ist eine äußere Rolle 57 gelagert, die von dem Stift radial nach außen vorsteht, um in die ausgerichteten Steuerschlitze 23 und 24 der Gamlock-Anordnung einzugreifen.

Der Zahnkranz 30 erteilt der äußeren Nabe die Drehantriäbskraft der Achse A, wenn das Antriebszahnrad 28

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vorgeschoben ist und in Eingriff mit dem Zahnkranz steht. Hierzu hat der Zahnkranz äußere Kerb- bzw- Keilverzahnungsabschnitte 60, die sich längs seiner Außenfläche axial erstrecken und in innere Keilverzahnungsabschnitte 61 auf der Innenwand des Abdeckflansches C eingreifen. Die inneren Keilverzahnungsabschnitte 54, die wahlweise in Eingriff mit dem Antriebszahnrad bringbar sind, verlaufen längs einer nach innen stufenförmig abgesetzten Innenwand 62 an dem inneren oder unteren Ende des Zahnkranzes 30. Der stufenförmig abgesetzte Abschnitt 64 am äußeren Ende der* inneren Keilverzahnung 54 bildet eine Sitzfläche für ein Ende einer Spiralfeder 66, die sich zwischen der äußeren Endwand des Abdeckflansches C und der Fläche 64 erstreckt, um den Zahnkranz 30 in eine Stellung nach innen zu drücken, in der der äußere Keilverzahnungsabschnitt 60 gegen eine Schulter 68 an dem Ende des Keilverzahnungsabschnitts 61 auf dem Abdeckflansch C anliegt. Eine innere, im Abstand konzentrisch angeordnete Druckfeder 70 hat ein Ende, das gegen das Antriebszahnrad 28 anliegt und das gegenüberliegende oder äußere Ende derselben sitzt in einem Rücklaufflansch 72 auf dem äußeren Ende eines Federhalters 73, der eine nach außen axial verlaufende Verlängerung des kerbverζahnten Endabschnitts der Achse A bildet. Wie dargestellt, hat das innere Ende des Federhalters 73 einen radial nach innen gebogenen Flansch oder Fortsatz 75, der in eine Ringnut 11 an dem äußeren Ende der Achse eingesetzt ist. Die Federelemente 66 und 70 arbeiten hauptsächlich derart, daß sie zwischen dem Zahnkranz und dem Antriebszahnrad einen geeigneten Zwischenraum aufrechterhalten und ein Klappern oder Verschieben der Teile im Betriebszustand des Fahrzeugs weitgehend ausschalten. Somit können auch andere Ausrichteinrichtungen für diesen Zweck verwendet werden, wie Mag—

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nete, da die zuvor angegebenen Federelemente nicht zum Einrücken oder Ausrücken zwischen der Kupplung und den Klauen bzw. Steuerelementen dienen.

Nach Figur 3 ist das innere Steuerelement bzw. Klauenelement 21 eine hohlzylindrische, dünnwandige Hülse oder ein Ring, der drei im allgemeinen V-förmige flügelige Steuerelemente 23 in regelmäßigen Winkelabständen von 120° in der dazwischenliegenden Wandstärke des Körpers des Steuerelements 21 hat. Nach unten weisende offene Schlitze 81 sind zwischen den Klfeuen bzw. Steuerelementen 23 und den radial nach außen gebogenen Nasen 82 aus der Wandung des Steuerelements in der Nähe seines oberen oder außen liegenden Randes auf dem Zwischenabschnitt zwischen den Steuerschlitzen 23 ausgeformt. Die nach innen weisenden Zähne 34 verlaufen von dem inneren Rand des Steuerelements in radialer Richtung und bewirken den Eingriffszustand mit den nach oben gebogenen Nasenfortsätzen 36 der Wellensperre 38. Das äußere konzentrische Camlock-Element 22 ist eine hohlzylindrische, dünnwandige Hülse, die drei im allgemeinen V-förmige, flügelige Schlitze 24 in regelmäßigen ümfangsabständen oder in einem Abstand von 120° hat, und von der Zwischenwandstärke des Körpers des Steuerelements 22 gebildet werden. Öffnungen 86 sind in dem Element 22 zwischen den Steuerschlitzen 24 in der Nähe der äußeren Fläche des Flansches 35 und nach oben weisende offene Schlitze 27 sind zwischen den Steuerschlitzen 24 ausgebildet. Wenn sich das innere Steuerelement 21 in dem äußeren Steuerelement 22 befindet, sind die Nasen 82 zu den Schlitzen 87 ausgerichtet, um zu Beginn das innere Steuerelement 21 drehfest in bezug zu dem äußeren Steuerelement 22 festzulegen und die unteren offenen Schlitze 81 fluchten

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mit den Öffnungen 86, um einen Verbindungsstift bzw. Verbindungsbolzen 88 aufzunehmen, der die jeweiligen zugeordneten fluchtenden öffnungen 86 und die Schlitze 81 durchsetzt, um das innere Steuerelement 21 drehfest in bezug zu dem äußeren Steuerelement 22 festzulegen, obgleich eine begrenzte Bewegung des inneren Steuerelements zugelassen ist. Wenn die Steuerelemente 21 und 22 einmal ausgerichtet sind, ist jeder der drei inneren Steuerschlitze 23 zu einem zugeordneten äußeren Steuerschlitz 24 gegenüberliegend ausgerichtet, so daß eine Steuernachlaufanordnung 2 6 eingesetzt werden kann.

Betrachtet man nunmehr die Auslegung der inneren und äußeren Steuerschlicze 23 und 24 jeweils, so ergibt sich, daß der innere Steuerschlitz 23 mit einem Boden oder einer innen liegenden, horizontalen Lagerfläche 90 und geneigten Lagerflächen 91 versehen ist, die in einem Winkel von etwa 45° von der Fläche 90 weg divergierend verlaufen und eine nach unten geneigt verlaufende Lagerfläche 42 an einem Punkt 30 schneiden, wobei die nach unten geneigt verlaufende Lagerfläche 92 in einem Winkel von etwa 20° zur Horizontalen von dem Punkt 93 weg geneigt verläuft. Eine obere oder außen liegende horizontale Lagerfläche 94 liegt fluchtgerecht der Lagerfläche 90 gegenüber. Sie hat aber eine beträchtlich kleinere Längserstreckung als die Lagerfläche 90. Obere geneigte Lagerflächen 95 verlaufen von der Lagerfläche 94 weg divergierend und schneiden die nach unten geneigt verlaufenden Lagerflächen 96 an einem Punkt oder einer Linie 97. Die Flächen 96 befinden sich in einem Abstand über den Flächen 92.

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Die vertikalen Flächen 93 erstrecken sich zwischen den äußeren Seitenrändern der nach unten geneigten Flächen 92 und 96, um hierdurch die gegenüberliegenden Seitenränder des Steuerschlitzes zu schließen. Die ausgerichteten Lagerflächen auf dem Steuerschlitz 24 entsprechen '. im wesentlichen denen des Steuer— Schlitzes 23 und tragen die gleichen Bezugszeichen, sind aber zur Unterscheidung mit einem Strich versehen. Speziell sind die oberen und unteren Lagerflachen 94' und 90' zusammen mit den geneigten Flächen 95' und 91^r entsprechend jenen der Lagerflächen 94/ 90, 95 und 91 in dem inneren Steuerelement 21 ausgelegt. Die oberen und unteren Lagerflächen 96' und 92' verlaufen jedoch von ihrer Schnittstelle mit den geneigten Lagerflachen 91' und 95' im Gegensatz zu dem nach unten weisenden oder geneigten Verlauf der Flächen 92 und 96 in dem inneren Steuerelement 21 horizontal. Wenn nach Figur 5A das Fahrzeug einen Zweiradantrieb hat und auf die Antriebsachse kein Drehmoment einwirkt, befindet sich das Steuernachlaufelement 26 normalerweise am Grund der Schlitze 23 und 24 zwischen zweier Lagerflächen 90, 90* und 94, 94'. Wenn jedoch auf die Antriebsachse ein Drehmoment einwirkt, wird das Antriebszahnrad 28 mit der Antriebsachse A gedreht, wobei sich das Steuernachlaufelement 26 längs einer der geneigten Flächen 91' des äußeren Camlock-Elements 22 nach oben, dann längs der horizontalen Lagerfläche 92' des äußeren Steuerelements 22 verschiebt, um gleichzeitig die obere geneigte Lagerfläche 96 des inneren Steuerelements 21 in Eingriff zu bringen, wodurch bewirkt wird, daß das innere Steuerelement von der Wellensperre 33 abgehoben wird, wie dies in den Figuren 5B und 5C gezeigt ist. Bei der nach außen gerichteten Bewegung des Steuernachlaufelements 26 längs den geneigten Lagerflächen 91 und

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91' wird bewirkt, daß das Antriebszahnrad 28 so vorgeschoben wird, daß es in Eingriff mit dem Zahnkranz 30 kommt. In Figur 5C ist die Zuordnung zwischen dem Steuernachlaufelement 26 und den Steuerschlitzen 23 und 24 gezeigt, wenn das Steuernachlaufelement zu einem Ende der Schlitze bewegt worden ist, wobei an dieser Stelle das innere Steuerelement 21 vollständig von der Wellensperre 38 gelöst ist. Solange auf die Antriebsachse A ein Drehmoment einwirkt, bleibt das Steuernachlaufelement 26 in dieser Stellung. Unabhängig davon, ob auf die Antriebsachse ein Drehmoment einwirkt oder nicht, bleibt das Steuernachlaufelement in dieser in Figur 5C gezeigten Lage, bis sich die Drehrichtung der Antriebsachse umkehrt. Hierzu ist es notwendig, das Fahrzeug vollständig zum Stillstand zu bringen und die Drehbewegung der Antriebsachse umzukehren, um ein Lösen des AntriebsZahnrades 28 von dem Zahnkranz 30 einzuleiten.

In Figur 5D ist die Rücklaufbewegung des Steuernachlaufelements 26 zu Beginn gezeigt, bei der das Antriebszahnrad von dem Zahnkranz abgerückt wird und das innere Camlock-Element 21 in Eingriff mit der Wellensperre zurückgebracht wird. In Figur 5 ist die relative Zuordnung der Steuerschlitze 23 und 24 sowie des Steuernachlaufelements 26 insbesondere beim Rückführen der Lagerflächen 95 und 96 zu ihren Ausgangslagen gezeigt, wobei die Lagerflächen 96 und 92 geringfügig versetzt unterhalb der Lagerflächen 96' und 92' des äußeren Steuerelements 22 zu liegen kommen. Das Ausrücken der Kupplung oder das Rückstellen der Antriebsart auf einen Zweiradantrieb erfolgt dadurch, daß das innere Steuerelement 21 wiederum in Eingriff mit den Nasenfortsätzen 39 auf der Wellensperre 38 gebracht wird, wodurch ermög-

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licht wird, daß das Antriebszahnrad 28 von dem Zahnkranz abgerückt und in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird, die in Figur 2 gezeigt ist. Wenn das Steuernachlaufelement das Antriebszahnrad 28 von dem Zahnkranz 30 abrückt, indem es sich allmählich längs der Steuerfläche 95' des äußeren Steuerelements 22 weiterbewegt, ist die gesamte Betätigungseinrichtung 20 an einer Bewegung nach außen dadurch gehindert, daß die Fläche 45 der Baugruppenverschlußkappe 44 gegen die Fläche 46 des Abdeckflansches C anliegt. Zur Rückstellung des Fahrzeuges auf eine Stellung mit Zweiradantrieb ist es daher nur erforderlich, die Antriebsachse um einen sehr begrenzten Zwischenabstand in Gegenrichtung zu verdrehen, der so ausreichend bemessen ist, daß das Antriebszahnrad 28 von dem Zahnkranz 30 freikommt. Die Rückholfedern 66 und 70 unterstützen das Steuernachlaufelement 26 geringfügig, wenn es in seine unterste Stellung zwischen den dazwischenliegenden Lagerflächen 90' und 94' gebracht werden soll. Auch drücken die Rückholfedern 66 und 70 jedes Steuernachlaufelement 2 6 von einer oberen Lagerfläche 95' weg und gegen die untere Lagerfläche 91', so daß das Steuerelement nach rechts gedrückt wird, bis das Steuernachlaufelement wiederum auf der unteren Lagerfläche 90' aufsitzt.

Der Unterschied der Zahnbreite der Zähne 34 des Camiock-Elements 21 und des Raumes zwischen den Nasen 36 der Wellensperre 38 ist mit Absicht vorhanden, um einen Schlupf zu haben, der größer als zur Rückdrehung der Steuerelemente 21 und 22 erforderlich ist, wodurch ermöglicht wird, daß das Steuernachlaufelement 26 versucht, zur Anlage an der Steuerfläche 90' zu kommen, nachdem die Verzahnungen 30 und 28 getrennt sind und die

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Achse A nicht mehr in einer Gegenrichtung angetrieben wird.

Zur weiteren Erläuterung wird auf Figur 5D bezug genommen. Wenn das Steuernachlaufelernent auf die geneigte Steuerfläche 95^! trifft, bringen die in die Nasen 36 eingreifenden Zähne 34 eine Kraft auf, die in Figur 5D in Richtung nach links wirkt. Wenn die Verzahnungen 30 und 23 getrennt sind, nähert sich das Steuernachlaufelement 26 dem innen liegenden Ende der schräg verlaufenden Steuerfläche 95' an'. Im Moment des Ausrückens drückt die Feder 70 das Antriebszahnrad 28 nach innen und die Steuernachlaufelemente 26 ebenfalls nach innen, wobei die Steuernachlaufelemente 26 von der geneigten Fläche 95' in die Nähe des Grundes der geneigten Fläche 91' fallen. Aufgrund des zuvor angegebenen Schlupfes zwischen den Zähnen 34 und den Nasen 36 können sich die Steuerelemente 21 und 22 nunmehr nach rechts drehen, wodurch ermöglicht wird, daß das Steuernachlaufelement 26 auf die Steuerfläche 90' fällt, ohne daß sich das Antriebszahnrad 28 und die Achse A drehen.

Wenn das Fahrzeug mit Zweiradantrieb betrieben wird, befindet sich das Steuernachlaufelement 26 normalerweise auf der unteren Lagerfläche, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Fahrzeuge mit einem Vierradantrieb haben typischerweise einen Schalthebel in einem Hauptvorgelege, mit dem die Bedienungsperson die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine und das Drehmoment auf den Vorderradantrieb des Fahrzeugs übertragen oder von diesem die Antriebsverbindung abkoppeln kann. Wenn das Fahrzeug somit mit einem Zweiradantrieb betrieben wird, sind die Steuerelemente 21 und 22 miteinander

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verkeilt, wie dies im Zusammenhang mit dem inneren Steuerelement 21 erläutert worden ist, wobei eine begrenzte Gleitbewegung in Achsrichtung in bezug zu dem äußeren Steuerelement 22 möglich, aber keines der Elemente unabhängig voneinander drehbeweglich ist. Solange das innere Steuerelement 21 mit der Wellen-' sperre 38 blockiert ist, kann sich selbstverständlich keines der Steuerelemente drehen, bis das innere Steuerelement 21 von dem Eingriffszustand mit der Wellensperre freikommt. Wenn das Fahrzeug auf einen Betrieb mit Vierradantrieb beispielsweise dadurch umgeschaltet wird, daß der Schalthebel im Hauptvorgelege umgelegt wird, um ein Drehmoment und von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung auf die Antriebsachse A zu übertragen, dreht sich das Antriebszahnrad mit der Antriebsachse. Durch die Drehbewegung des AntriebsZahnrades werden die Nachlaufsteuerelemente 26 längs den geneigten Lagerflächen der zusammenarbeitenden Steuerschlitze gedrückt, bis das Antriebszahnrad in Achsrichtung zu einer Stelle bewegt worden ist, in der es vollständig in Eingriff mit dem Zahnkranz 30 ist. Wenn die Zähne des AntriebsZahnrades 28 nicht unmittelbar in die innere Keilverzahnung des Zahnkranzes 30 eingreifen, kann sich der Zahnkranz 30 entgegen der Rückholfeder 66 nach außen gleitend bewegen. Er schnappt aber wieder in seinen Eingriffszustand mit dem Antriebszahnrad zurück, sobald die Verzahnungen passend ausgerichtet sind. Durch eine weiter vorhandene Drehbewegung wird das innere Steuerelement 21 von dem Eingriffszustand mit der Wellensperre 38 weg nach außen gedrückt, so daß die inneren und äußeren Steuerelemente 21 und 22 mit dem Antriebszahnrad frei drehbeweglich sind, da das Antriebszahnrad die Drehbewegung der Antriebsachse über den Zahnkranz und den Abdeckflansch auf die

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Radnabe und das Rad überträgt. Beim Eingriffszustand zwischen dem Antriebszahnrad und dem Zahnkranz wird die innere Feder 70 gegen das Ende des Federhalters 73 zusammengedrückt und übt auch weiterhin eine Kraft auf das Antriebs zahnrad aus. Im zusammengedrückten Zustand umgeben die innen liegenden Windungen der Feder 70 den innen liegenden Abschnitt des Federhalters 73, um eine Durchmessererweiterung des Federhalters zu begrenzen, wodurch bewirkt wird, daß der Flansch 75 eingreifend in der Nut 11 der Achse A gehalten wird, wenn Druckbeanspruchungen auf die innen*liegende Fläche des Federhalters einwirken. Wenn das Antriebszahnrad zu seiner äußeren axialen Stellung bewegt worden ist, hat die äußere Fläche 51 des Antriebs Zahnrades 28 einen Abstand von dem Flansch 75 und der Nut 11 der Achse A. Das Antriebszahnrad 28 verhindert zuverlässig, daß die Antriebsachse nach innen gezogen wird, wenn sich die Räder in irgendeiner Richtung beim Fahren mit Vierradantrieb drehen.

Zum Ausrücken der Kupplung stellt der Fahrer zuerst das Hauptvorgelege auf die Antriebsart mit Zweiradantrieb um, um die Kraftübertragungseinrichtung und die Leistungsübertragungseinrichtung von der Achse A abzukoppeln. Als zweites wird dann das Fahrzeug in seiner Fahrtrichtung umgekehrt, so daß die Fahrzeug— nabe H den Abdeckflansch C und den Zahnkranz 30 in eine Gegenrichtung antreibt. Somit wird der Zahnkranz tatsächlich zum treibenden Zahnrad,um die Bewegungsrichtung des Antriebszahnrades 28 des Steuernachlaufelements 26 umzukehren. Beim Ausrücken kommt der innere kerbverzahnte Abschnitt des Zahnkranzes 30 nur in einem begrenzten Abschnitt der Außenkerbverzahnung des Antriebs-

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zahnrades 28 in Eingriff. Wenn die Steuernachlaufelemente 26 das Antriebszahnrad von dem Zahnkranz lösen, nimmt das Haftungsvermögen infolge der Reibung der Kerbverzahnungen zwischen dem Antriebszahnrad und dem Zahnkranz ab, wenn das Antriebszahnrad von dem Eingriff szustand mit dem Zahnkranz weg in Richtung der vollständig ausgerückten Stellung gleitet. Beim Ausrücken bewirkt die Druckkraft der Feder 70 gegen das Antriebszahnrad 28, daß sich die Steuernachlaufelemente 26 gegen die unteren Lagerflächen 90 und 90' der jeweiligen Steuerschlitze bewegen, während dem das Antriebszahnrad vollständig von dem Zahnkranz weggedrückt wird.

In den Figuren 6A und 6B ist eine alternative Auslegung eines Steuerschlitzes gezeigt. Rierbe'i ist der vertikale Abstand zwischen den geneigten Steuerflächen 91" und 95" an der Innenseite größer als an der Außenseite der flügeligen Steuerteile 92" und 96", so daß man eine geradlinige Axialbewegung des Steuernachlauf— elementes 26 von der Steuerfläche 95" direkt zu der Steuerfläche 90" erhält, ohne daß zum Zeitpunkt des Ausrückens des Zahnrades 28 von dem Zahnkranz 30 eine Drehbewegung des Antriebszahnrades 28 in Gegenrichtung erfolgt- Bei einer weiteren anderen Auslegungsform hat die äußere Fläche 95" eine geringere Neigung als bei der bevorzugten Ausführungsform, so daß sie von der inneren geneigten Fläche 91" an einer Stelle 90" weg divergierend zum Ausrückzeitpunkt des Steuernachlaufelements 26 von der Fläche 95" verläuft.

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Leerseite

Claims

PAT C N TA Γ i WP. LT E

A. GRUNECKER

H. KlNKELDEY

DR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ΙΝα- AsE (CALTECHI

K. SCHUMANN

DR B£R NAT. · DIPL-PHYS.

P. H. JAKOB

DtPL-ING.

G.BEZOLD

DR BERNAT- ÖPL-ΟΙΘΛ

PETRAK, HABEY A.

Table Mesa Drive, Boulder,

Colorado 80303, USA

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

PH 15551

22. Oktober 1980

Automatische Kupplung

Patentansprüche

( 1.!Automatische Kupplung, die wahlweise und automatisch eine äußere Nabe und ein Radelement bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb in bezug zu einer inneren konzentrischen Antriebsachse einrückt und ausrückt, die drehbeweglich in einem ortsfesten Achsgehäuse gelagert ist und einen kerb- bzw. keilverzahnten Endabschnitt hat, der an einem Ende der Antriebsachse nach außen vorsteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung aufweist:

eine Betätigungseinrichtung zwischen dem kerbverzahnten Endabschnitt der Antriebsachse (A)
und der äußeren Nabe (H), die ein ringförmiges

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TELEFON (O89) 22 28 83

TELEX OS-29 38O

TELEKOPIERER

Antriebszahnrad (28) umfaßt, das drehbeweglich auf dem kerbverzahnten Endabschnitt aufgekeilt ist und wenigstens einen radial nach außen vorstehenden nasenförmigen Antriebsfortsatz (26) und eine Reihe von axial verlaufenden, in einem ümfangsabstand angeordnete Zahnelemente (50) auf seiner Außenfläche hat, eine angetriebene Verzahnung (30) umfaßt, die drehbeweglich mit der äußeren Nabe verbunden ist und eine Reihe von nach innen vorspringenden Zähnen (54) in Umfangsabständen hat, um ein Ineinandergreifen mit der Außenverzahnung auf dem Antriebszahnrad zu erreichen, und innere und .äußere konzentrische steuernde Ringelemente (21, 22) umfaßt, die außen konzentrisch zu dem Antriebszahnrad angeordnet sind, daß die steuernden Ringelemente jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Lager— fläche (91, 91'; 96, 96'; 95, 95') versehen sind, die in Eingriff mit den nasenförmigen Antriebsansätzen bringbar sind, daß eines der inneren und äusseren steuernden Ringelemente lösbar drehfest mit dem Achsgehäuse verbindbar ist, daß das andere steuernde Ringelemente axial unverschieblich festgelegt ist, daß eine der ersten Lagerflachen (91, 91') in Eingriff mit dem nasenförmigen Antriebsansatz bringbar ist, um das Antriebszahnrad axial vorzuschieben, damit es in Kämmeingriff mit der treibenden Verzahnung in Abhängigkeit von einer Drehbewegung in Uhrzeigerrichtung der Antriebsachse kommt, daß eine der zweiten Lagerflächen (96, 96') mit dem nasenförmigen Antriebsansatz in Eingriff bringbar ist, wenn das Antriebszahnrad in Kämmeingriff mit der treibenden Verzahnung ist, um eines der steuernden Ringelemente in Achsrichtung von dem Eingriffszustand mit dem Achsgehäuse weg axial zu verschieben, und daß eine der

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dritten Lagerflächen (95, 95") in Eingriff mit dem nasenförmigen Antriebsansatz bringbar ist, wenn sich die Antriebsachse nicht in Uhrzeigerrichtung dreht, und die Drehbewegung der äußeren Nabe in bezug zu der Antriebsachse umgekehrt wird, um das Antriebszahnrad von dem Kämmeingriff mit der treibenden Verzahnung in Achsrichtung abzurücken und eines der steuernden Ringelemente in seine Ausgangslage zurückzubringen, in der es mit dem Achsgehäuse verriegelt ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lagerfläche (91') , die auf dem anderen steuernden Ringelement (22) angeordnet ist, unter einem spitzen Winkel in bezug zu der Drehrichtung des anderen steuernden Ringelements geneigt ist, daß die zweite Lagerfläche (96) auf diesem einen steuernden Ringelement angeordnet ist und im allgemeinen in Gegenrichtung zu jener der ersten Lagerfläche weist, und daß die dritte Lagerfläche (95') auf dem anderen steuernden Ringelement derart angeordnet ist, daß sie im wesentlichen parallel zu der ersten Lagerfläche in gegenüberliegender Anordnung zu der ersten Lagerfläche geneigt verläuft.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nasenförmige Antriebsansätze (26) in Umfangsabständen zueinander angeordnet sind, die in Eingriff mit mehreren ersten, zweiten und dritten Lagerflächen bringbar sind, um das Antriebszahnrad in Eingriff mit der treibenden Verzahnung zu drücken oder von diesem Eingriffszustand zu lösen.

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4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die ersten, zweiten und dritten Lagerflächen (91, 91', 96, 96'; 95, 95') die Wandungen von etwa fluchtenden Schlitzen (23, 24) in den inneren und äußeren konzentrischen steuernden Ringelementen (21, 22) bilden.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schlitze (23, 24) mit den ersten und dritten Lagerflächen und der andere Schlitz (24, 23) mit der zweiten Lagerfläche versehen ist.
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (23, 24) ein Paar von ersten Lagerflächen (91, 91') aufweist, die unter gleichen Winkeln, aber in Gegenrichtungen von einem gemeinsamen Flächenabschnitt (90, 90') weg geneigt verlaufen, und ein Paar von dritten Lagerflächen (95, 95") aufweisen, die unter gleichen Winkeln, aber in Gegenrichtungen, von einem gemeinsamen Flächenabschnitt (94, 94') weg geneigt verlaufen, der zwischen denselben liegt.
7. Kupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e kennz eichnet, daß die Paare von ersten und dritten Lagerflächen (91, 91"; 95, 95') die Wandungen eines im allgemeinen V-förmigen Schlitzes (23, 24) bilden, der gegenüberliegende seitliche Verlängerungen an den gegenüberliegenden freien Enden des Schlitzes hat.

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8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von zweiten Lager— flächen unter Gegenwinkeln zu den ersten und dritten Lagerflächen geneigt verlaufen, und daß die zweiten Lagerflächen in Umfangsrichtung fluchtend zu den seitlichen Fortsätzen des V-förmigen Schlitzes angeordnet sind.
9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Achsgehäuse zwischen der Antriebsachse (A) und der Radnabe (H) konzentrisch angeordnet ist, daß eine Sperreinrichtung (38) an einem Ende des Achsgehäuses in der Nähe der steuernden Ringelemente vorgesehen ist, und daß eines der steuernden Ringelemente (22) in Umfangsrichtung verlaufende Flanschelemente (35) hat, die mit der Sperreinrichtung zusammenarbeiten, um eine Axialverschiebung dieses einen steuernden Ringelements in bezug zu dem Achsgehäuse zu verhindern.
10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ e ichnet, daß die Sperreinrichtung ein in Umfangsrichtung verlaufende Lagerfläche (42) hat, die gegen den Flansch auf diesem einen steuernden Ringelemente anliegt, um eine Drehbewegung des Flansches in bezug zu dem Achsgehäuse zu gestatten.
11. Kupplung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (38) und das andere steuernde Ringelement (21) ineinandergreifende Sperrelemente (34, 36) haben, um das andere steuernde Ringelement drehfest festzulegen, und eine Axialverschiebung des anderen steuernden Ringelements in bezug zu der Sperreinrichtung zu gestatten.

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12.-Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernden Ringelemente drehbeweglich miteinander verriegelbar sind und
daß das andere steuernde Ringelemente (21) in bezug zu einem der steuernden Ringelemente (22)
axial beweglich ist.

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