DE3332829A1

DE3332829A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer freilaufkupplung

Info

Publication number: DE3332829A1
Application number: DE19833332829
Authority: DE
Inventors: David C. 43560 Sylvania Ohio Kaminski; Dennis W. 43613 Toledo Ohio Shea
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1984-04-05
Also published as: US4499980A; GB2127914B; JPS5983835A; CA1215916A; GB8324340D0; FR2533987A1; ES526082A0; ES8407169A1; BR8305187A; GB2127914A

Description

Patentanwälte

Dr. rer.nat. Thomas Bereudt

Dr.-Ing. Hans Leyh innere Wbner Sir. 20 - D 8000 Mönchen BO

Unser Zeichen: A 14 687 Lh/fi

DANA CORPORATION 4500 Dorr Street Toledo, Ohio, U.S.A.

Betätigungsvorrichtung für Freilaufkupplung

A 14 687 Dana Corp.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für Frei 1 aufkupplungen₅ wie sie gemeinhin zwischen treibenden und getriebenen Elementen von Fahrzeugen verwendet werden, welche Hilfsantriebsachsen haben. Die Erfindung betrifft insbesondere Betätigungsvorrichtungen mit zwangsläufigem Eingriff, wobei Reibungsverluste bei ausgerückter Kupplung, oder wenn die Kupplung frei läuft, vermieden werden.

Betätigungsvorrichtungen zum Einrücken und Ausrücken von Freilaufkupplungen sind bekannt. Obwohl bei diesen Vorrichtungen bzw. Kupplungen Reibungsverluste und eine zufällige Betätigung bei nicht zwangsläufig schaltenden Vorrichtungen vermieden werden können, unterliegen Vorrichtungen mit zwangsläufigem Eingriff einem erhöhten Verschleiß und es tritt ein stoßartiger Betrieb des Fahrzeuges auf, wegen der abrupten Art und Weise des Eingriffs derartiger Vorrichtungen.

Beispielsweise ist in dem US-Patent 3 123 169 eine Betätigungsvorrichtung mit zwangsläufigem Eingriff für eine Freilaufkupplung beschrieben. Bei dieser Kupplung ist ein Gehäuseteil mit einer Verzahnung versehen, die in eine entsprechende Verzahnung eines Friktionsringes eingreift, der selektiv in Eingriff mit dem Gehäuse schaltbar ist. Das Ergebnis ist eine Klauenkupplung mit dem obengenannten stoßförmigen Betrieb und dem erhöhten Verschleiß der einzelnen Teile. Obwohl diese Kupplung durchaus verwendbar ist, ist ein System erwünscht, das weniger abrupt arbeitet, bei dem die Betätigung zeitlich kontrolliert ist und der Kupplungseingriff zwar zwangsläufig aber doch elastisch erfolgt.

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung mit zwangsläufigem Eingriff für überhol kupplungen bzw. Freilaufkupplungen. Die Vorrichtung schafft einen zwangsläufigen, aber doch elastischen Eingriff und sie vermeidet die Abruptheit und den stoßförmigen Betrieb bisheriger Kupplungen.

Die Betätigungsvorrichtung umfaßt vorzugsweise einen Ring, der wenigstens einen radial gerichteten Zahn oder eine Klaue aufweist, sowie einen Stößel oder Kolben für eine radiale Bewegung im zwangsläufigen Eingriff mit dem Ring. Der Betätigungsring ist elastisch um einen Friktionsring angeordnet, der zweckmäßigerweise in Form eines integralen Ansatzes oder Flansches des Käfigs der Rollen ausgebildet ist. Ein querverlaufender Nocken hat eine Nockenfläche, die mit dem Stößel zusammenwirkt, um selektiv den Stößel in und außer Eingriff mit der Klaue zu bringen, wobei der Stößel normalerweise mittels einer Feder in ausgerückte Position beaufschlagt ist.

Vorzugsweise ist der Nocken fernbedienbar (von der Fahrzeugkabine aus) mittels eines elektrischen Solenoids, obwohl auch andere Mittel hierfür geeignet sind. Der Nocken betätigt ein Paar der genannten Stößel, die selektiv und gleichzeitig die Betätigungsringe an einem Paar von Freilaufkupplungen beaufschlagen, die auf einem Paar von Halbachsen angeordnet sind. Die letztere Anordnung schafft ein System, das kein Differentialgetriebe erfordert, wobei die langsamere oder innere Achse stets angetrieben ist, während die schnellere oder äußere Achse überholt bzw. freiläuft.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Seitenansicht eine Freilaufkupplung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3 und

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 3.

Eine Freilaufkupplung 10, die mit dem Betätigungsmechanismus nach der Erfindung versehen ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Kupplung 10 hat eine

linke Welle 12 und eine rechte Welle 14, die durch einen Elektromotor 16 über ein Reduziergetriebe 18 angetrieben werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor 16 ein reversibler Motor. Nach Fig. 2 treibt der Motor 16 eine Schnecke 20 an, die mit einem Schneckenrad 22 kämmt, das auf das obere Ende einer Getriebewelle 24 aufgekeilt ist, die in Lagern 26 gelagert ist. Ein zweites Schneckenrad 28 sitzt am unteren Ende der Welle 24 und kämmt mit einem Schneckenrad 30, das seinerseits auf einer Stummelwelle 32 (Fig. 3) sitzt. Aus den Fig. 1-3 erkennt man, daß die linke und die rechte Welle 12 und 14, die Stummel welle 32 und das Schneckenrad 30 alle in der Achse A-A liegen und in einem Gehäuse 38 angeordnet sind, das den unteren Abschnitt des Reduziergetriebes 18 bildet. Ein Motorgetriebegehäuse 40 bildet den oberen Abschnitt des Reduziergetriebes, wie dargestellt.

Fig. 3 zeigt in größerem Detail das Gehäuse 38 und die Welle 12. Die Figur zeigt ferner ein Solenoid 36, das auch in Fig. 1 dargestellt ist. Das Wellen-Gehäuse 38 enthält eine Freilaufkupplung mit einem Satz Walzen 42, 44, die auf gegenüberliegenden Seiten des Schneckenrades 30 liegen. Jeder Satz der Walzen 42, 44 hat einen Käfig 50, einen Friktionsring 52 und einen Betätigungsring 54, der in Umfangsrichtung in elastischem Reibungseingriff mit dem Friktionsring 52 steht. Das Solenoid 36 betätigt einen querverlaufenden Nocken 70, der mit einem radial verlaufenden Stößel 60 zusammenwirkt, zur Steuerung bzw. Betätigung der Bewegungen des Betätigungsringes, wie nachfolgend erläutert wird.

Da beide Gruppen der Walzen 42, 44 in im wesentlichen derselben Weise betätigt werden, wird nur die Betätigung einer Gruppe 42 hier beschrieben. Das Schneckenrad 30 ist fest auf der Stummelachse 32 befestigt zur Drehung mit dieser im Gehäuse 38. Auf die Stummelachse ist ein Antriebselement 46 aufgekeilt oder mit Paßfeder verbunden, das in Lagern 80 abgestützt ist zur Drehung um Distanzelemente 82 im Gehäuse 38, wie dargestellt. Das Antriebselement 46 bildet eine ringförmige innere Lagerfläche für die Kupplungswalzen 42, welche selektiv mit einem getriebenen Element 48 in Eingriff bringbar sind.

Das treibende oder Eingangselement und das getriebene oder Ausgangselement 46, bzw. 48 sowie die Walzen 42 sind auch in Fig. 5 dargestellt. Die ringförmig angeordneten Walzen sind mit ringförmigen Federn 76 versehen (Fig. 3, Fig. 5), welche elastisch die entsprechenden Enden der Walzen erfassen bzw. halten. Die Stummelachse 32 und das Antriebsteil 46 sind drehbar in Lagern 34 gelagert, die ihrerseits in dem ortsfesten Gehäuse 38 eingebaut sind. Der Käfig 50 hält die Walzen 42 in gleichmäßigen Abständen in einem axial verlaufenden Ringraum 51, der durch das Eingangselement 46 und das Ausgangselement 48 gebildet und umgrenzt ist. Vorzugsweise ist der Friktionsring 52 ein integraler Teil oder Ansatz des Käfigs 50. Der Betätigungsring 54 umfaßt elastisch den Friktionsring 52 und steht mit diesem ständig in Reibungseingriff.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Betätigungsring 54 mit einer Mehrzahl von Klauen oder Zähnen 58 versehen, die zum selektiven Eingriff mit dem radial inneren Ende 62 des Stößels 60 dienen. Vorzugsweise sind die Zähne 58 in einem Flansch-Abschnitt 56 des Betätigungsringes ausgebildet und gleichmäßig um den Ring verteilt, wie dargestellt. Der Stößel 60 ist normalerweise durch eine Feder in einer Richtung weg von den Zähnen und zum Nocken 70 hin beaufschlagt. Der Stößel ist daher normalerweise in ausgerückter Position (Fig. 3). Zu diesem Zweck ist eine Stößelfeder 68 vorgesehen, die gegen ein radial auswärtiges Ende 64 des Stößels anschlägt, welcher seinerseits gegen eine Nockenfläche 66 des Nockens 70 angedrückt bzw. angelegt wird. Als Teil des Solenoids 36 ist ein Kolben 72 vorgesehen, der selektiv den Nocken 70 gegen die Kraft einer Nockenfeder 74 betätigt. Das Solenoid wird automatisch erregt, wenn der Motor 16 betätigt wird, was zu einem vollzeitigen Eingriff des Stößelendes 62 mit den Zähnen 58 führt, während der Motor eingeschaltet ist. Die Lager 78 stützen das getriebene Element oder Ausgangselement 48 relativ zum Gehäuse 38 ab. Das Element 48 ist seinerseits auf die linke Welle 12 zur Drehung mit dieser aufgekeilt oder durch Paßfeder mit ihr verbunden.

Nachfolgend wird der Betrieb der Freilaufkupplung beschrieben. Aus Fig. 5 erkennt man, daß während des Freilaufs die Rollen oder Walzen 42

zentral oder am Boden jedes Umlaufweges 47 des Elementes 46 angeordnet sind, wie dargestellt. Dies wird gewährleistet durch die Kupplungsfedern 76, die, wie beschrieben, die seitlichen Enden oder Ränder jeder Walze 42 umfassen (Fig. 3). Wenn dagegen ein zwangsläufiger Eingriff erwünscht ist, wird der Motor 16 erregt und damit auch das Solenoid 72, durch welches der Nocken nach rechts in Fig. 3 gegen die Kraft der Nockenfeder 74 verschoben wird. Als Folge hiervon wird durch die Nockenfläche 66 des Nockens 70 das Ende des Stößels 60 nach unten gegen die Kraft der Stößelfedern 68 gedrückt. Hierdurch wird das Betätigungsende 62 des Stößels 60 in Eingriff mit einem der Zähne oder Klauen 58 des Flansches 56 des Betätigungsringes 54 gebracht. Da der Stößel und der Nocken bezüglich des Gehäuses 38 festliegen, entsteht ein Zug auf den Friktionsring 32 infolge des Reibungskontaktes zwischen diesem und dem Betätigungsring 54, dann, wenn der letztere durch den Stößel gehalten bzw. festgelegt wird. Der entstehende Zug oder der entstehende Widerstand auf den Friktionsring 52 verzögert dessen Bewegung relativ zur Bewegung der Walzen 42. Die Walzen verlassen daher ihre zentralen Positionen, um das umlaufende Element 46 und laufen an einer Seite ihrer Bahn 47 auf bis sie in die Rillen 84 des Ausgangselements 48 eingreifen (Fig. 5). Hierdurch werden das treibende oder Eingangselement 46 und das getriebene oder Ausgangselement 48 miteinander in Eingriff gebracht. Der Betrieb der Betätigungsvorrichtung bei einer Relativdrehung der Elemente 46 und 48 zueinander in Uhrzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung ist möglich, so daß sich die Erfindung für ein Zweiwege-Freilaufkupplungssystem eignet.

Bei der bevorzugten Nutzung der Freilaufkupplung 10 als Hilfsantriebssystem in einem Motorfahrzeug ist der Elektromotor normalerweise entregt und das Hauptantriebssystem für das Fahrzeug wird durch andere Mittel erreicht, z.B. durch eine Brennkraftmaschine, die über ein separates Primärachsen-System wirkt. Da in der normalen Antriebsweise das Solenoid entregt ist, ist der Stößel außer Eingriff mit den Zähnen des Betätigungsringes Die Erfindung schafft daher eine Methode zum positiven oder zwangsläufigen Ausrücken der Einrichtungen 54, 52. Obwohl der Betätigungsring 54 und der Friktionsring 52 in konstantem Reibungseingriff stehen, führt dies nicht zu einem unerwünschten Zug oder Widerstand, wie er gewöhnlich in Systemen mit solchen Ringen vorhanden ist. Dies kommt davon her, daß der Betätigungs-

ring nicht festgelegt ist, wenn der Hilfsantrieb nicht in Benutzung ist. Ein Hauptvorteil der Erfindung liegt in der Verwendung eines positiven oder zwangsläufigen Arretierelementes in Verbindung mit einem elastischen Reibungselement.

Bei der Erfindung muS der Stößel 60 zunächst in Eingriff treten mit dem Betätigungsring 54, der dann zeitweilig über den Friktionsring 52 Reitet oder schleift und dadurch eine kontrollierte und damit mehr elastische Abbremsung des Käfigs 50 bewirkt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Elastizität des Betätigungsringes 54 gegenüber dem Friktionsring 52 leicht durch Veränderung der Spannung der Wurmfedern 55 eingestellt werden kann_s die, wie Fig. 3 zeigt, den Betätigungsring 54 außen umfassen.

Leerseite

Claims

A 14 687 Dana Corp. Patentansprüche

1. Betätigungsvorrichtung für eine Freilaufkupplung mit einem Gehäuse, einem treibenden und einem angetriebenen drehbaren Element, wobei das treibende Element eine axiale Bohrung hat und ein Ende des getriebenen Elementes in dieser Bohrung angeordnet ist, wobei das treibende und das getriebene Element einen axialen Ringraum bilden, ferner mit einem Käfig und einer Mehrzahl von Walzen in dem Ringraum, wobei der Käfig die Walzen im Abstand voneinander in dem Ringraum hält, ferner mit einem Friktionsring und einem Betätigungsring, der in elastischem Reibungseingriff mit dem Friktionsring steht, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um den Betätigungsring (54) zwangsläufig an dem Gehäuse (38) festzulegen, mit wenigstens einem radial angeordneten Zahn (58) an dem Betätigungsring (54), einem im Gehäuse (38) angeordneten Stößel (60), der sich radial einwärts zum Betätigungsring (54) hin erstreckt und der radial bewegbar und in zwangsläufigen Eingriff mit dem Betätigungsring (54) bringbar ist, wobei ein Ende (62) des Stößels (60) selektiv in Eingriff mit dem Zahn (58) bewegbar ist, ferner durch einen Nocken (70) im Gehäuse (38), der mit einer Nockenfläche (66) versehen ist, die in Eingriff mit dem anderen Ende (64) des Stößels (60) schaltbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (54) einen ringförmigen Bund (56) mit einer Mehrzahl von Zähnen (58) aufweist, die in gleichmäßigen Abständen längs des Bundes ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (70) quer zum Ende (64) des Stößels (60) bewegbar ist, und daß Einrichtungen zur Fernbetätigung des Nockens (70) vorgesehen sind, um das Ende (62) des Stößels (60) in Eingriff mit einem der Zähne (58) zu bringen.

a-

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Eingriff des Endes (62) des Stößels (60) mit einem der Zähne (58) der Betätigungsring (54) zeitweilig relativ zum Gehäuse (38) festgelegt wird, um über den Friktionsring (52) und die Walzen (42) das treibende Element (46) in Eingriff mit dem getriebenen Element (48) zu bringen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufkupplung durch die Vorrichtung in beiden Drehrichtungen betätigbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (54) mit einer Mehrzahl von um seinen Umfang angeordneten Wurmfedern (55) ausgerüstet ist, durch welche der elastische Reibungseingriff des Betätigungsringes mit dem Friktionsring (52) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Wellen und zwei Paare an treibenden und getriebenen Elementen (46, 48) aufweist, wobei jedes Paar einer der Wellen (12, 14) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein elektrisches Solenoid (36) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch mechanische Mittel betätigbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (70) durch Einrichtungen betätigbar ist, die in Flucht, aber versetzt bezüglich wenigstens einer der Wellen (12, 14) liegen.