DE3436293A1 - Vorrichtung zum wahlweisen zu- und abschalten eines fahrzeugantriebes - Google Patents

Description

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AVM-AUTO EQUIPAMENTOS LTDA. München, den

Brasilien 3. Oktober 1984

u.Z.: Pat 508/1-84EK

VORRICHTUNG ZUM WAHLWEISEN ZU- UND

ABSCHALTEN EINES FAHRZEUGANTRIEBES

'Die Erfindung betrifft einen automatischen Freilaufnabenaufbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind sowohl manuelle als auch automatische mechanische Vorrichtungen bekannt, die zur Verbindung oder Lösung der Räder mit oder von den Achsen des wahlweisen Antriebs eines Fahrzeuges dienen, um eine beträchtliche Treibstoffeinsparung zu erzielen. Diese ergibt sich, wenn die Räder von den Achsen des wahlweisen Antriebs gelöst werden, da ein Teil der vom Motor erzeugten Leistung dann nicht mehr für die Bewegung der Bauteile des wahlweisen Anatriebssystems, die zwischen den Fahrzeugrädern und dem Verteilergetriebe vorgesehen sind, vergeudet wird.

Herkömmliche manuelle mechanische Vorrichtungen sind SQ nicht bequem, da der Fahrer aus dem Fahrzeug aussteigen muß, um den wahlweisen Antrieb anzuschließen oder abzuschalten. Die herkömmlichen automatischen Vorrichtungen haben den Nachteil, daß eine Motorkompressionsbremsung nicht möglich ist.
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Es sind auch Freilauf-Nabenanordnungen bekannt, die zur Antriebsverbindung von Rädern mit den zugeordneten Antriebsradachsen dienen, welche mit Keilnuten versehen sind, wobei auf den Enden der Achsen die Naben montiert sind. Es ist bekannt, daß vierradgetriebene Fahrzeuge unter Bedingungen betrieben werden, bei denen die maximale Zugleistung erforderlich ist. Wenn sich diese Bedingungen ergeben, wird die zweite Antriebsachse, gewöhnlich die Vorderachse, dadurch eingerückt, daß die Motorleistung über das Verteilergetriebe auf sie übertragen wird.

Bei normalen 4x2-Bedingungen ist jedoch der vordere Kraftübertragungszug von dem Verteilergetriebe abgetrennt und setzt "gezogen" von den Rädern seine Drehung fort. Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher Widerstand, der den Kraftstoffverbrauch und den Reifenverschleiß erhöht, wodurch eine unnötige Abnutzung der bewegten Teile des vorderen Kraftübertragungszuges eintritt und sich verschlechterte Fahreigenschaften ergeben.

Diese unerwünschten Folgen werden dadurch beseitigt, daß an jedem Rad eine Nabenkupplung verwendet wird, mit der es möglich ist, die Räder gewünschtenfalls von den Antriebswellen abzutrennen. Bei mit freilaufenden Naben ausgestatteten Fahrzeugen sind im 4x2-Betrieb die Räder die einzigen bewegten Teile des Vorderradantriebes , und zwar genau so wie bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Zweiradantrieb.

In den letzten drei Jahrzehnten wurden zahlreiche Freilauf-Mechanismen entwickelt , und zwar einschließlich manueller Naben, Naben mit automatischen Rollen, Naben mit automatischen Nocken, sowie Mechanismen zum Abschalten von Achsen. Manuelle Naben ver-

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binden oder lösen die Räder von oder mit den Antriebswellen über unterschiedliche mechanische Einrichtungen, von denen die verläßlichste aus einem gleitenden Kupplungsring besteht, der in einem auf der Radnabe befestigten Gehäuse aufgenommen ist und von außen über eine manuelle Wahleinrichtung steuerbar ist. Obgleich die manuelle Freilauf-Nabe ihren Zweck erfüllt und haltbar und problemlos ist, hat sie den offensichtlichen Nachteil, daß der Fahrer aus dem Fahrzeug jedesmal aussteigen muß, wenn der Vierradantrieb erforderlich ist.

Wenn bei automatischen Naben mit Rollen ein Drehmoment an die Antriebswellen angelegt wird, verriegeln die Naben sich durch Verkeilen der Rollen zwischen einem inneren polyedrischen Körper, der auf der Welle keilverzahnt ist und der Laufbahn eines Gehäuses, das an die Radnabe angeschraubt ist. Auf diese Weise kann die Achse die Räder antreiben, jedoch ziehen die Räder den Kraftübertragungszug nicht mit. Der Hauptnachteil dieses Mechanismus besteht darin, daß an den Forderrädern keine Motorkompressionsbremsung ausgeführt werden kann, was bei schwierigen Geländeeinsätzen für den Fahrer ein ernsthafter Nachteil bei der Beherrschung des Fahrzeuges sein kann.

Bei automatischen Naben mit Nocken wird das gleiche Prinzip wie bei der manuellen Nabe angewendet, es wird lediglich anstelle der manuellen Betätigung der Gleitkupplungsring durch eine Kombination von Nocken und Reibungsmechanismen ausgelenkt, wenn an die Antriebswelle ein Drehmoment angelegt wird. Zum Ausrücken der Naben ist es erforderlich, das Fahrzeug anzuhalten und rückwärts zu fahren, damit der Kupplungsring in seine Anfangsposition zurückkehrt. Obgleich diese Art den Einsatz einer Motorkompressionsbremse gestattet, er-

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scheint ihre Zuverlässigkeit zweifelhaft. Zusätzlich zu der Unbequemlichkeit, das Fahrzeug rückwärtsfahren zu müssen, erfordert diese komplizierte Konstruktion eine regelmäßige Wartung, kann im Geländeeinsatz, wie beispielsweise beim Vorwärts-Rückwärts-Schaukeln des Fahrzeuges geräuschvoll sein und neigt überdies zum Ausfall bei extrem niedrigen Temperaturen.

Anstelle einer Verriegelungsvorrichtung an jedem Rad besteht ein Abkopplungsmechanismus oder -system aus einer geteilten Antriebswelle an einer Seite des Vorderradgetriebes. Die Welle bleibt im 4x2-Betrieb unterteilt und wird für den 4x4-Betrieb durch eine Fernsteuer-Gleithülse zusammengekoppelt. Dieses System liefert keinen wirklich vollen Freilauf-Effekt. Sogar im 4x2-Betrieb ziehen die Räder die Antriebswelle an einer Seite mit sowie auch einen Teil der Antriebswelle an der anderen Seite und das Differentialgetriebe. Nur das Ring-Ritzel-Getriebe und die Treibwelle bleiben im 4x2-Betrieb stillstehend. Obgleich das System die Bequemlichkeit einer Betätigung vom Fahrersitz aus bietet, ist der Freilaufeffekt nur teilweise verwirklicht, da eine beträchtliche Zahl der Teile permanent mit den Rädern verbunden ist. Überdies muß die Achse des Fahrzeugs in spezieller Weise gestaltet und konstruiert sein, damit der Mechanismus mit geteilter Welle aufgenommen werden kann.

Die Anmelderin versuchte die Probleme des Standes der Technik dadurch zu lösen, daß eine vollständig automatische mechanische Vorrichtung entwickelt wurde, welche mit Motorbremsung ausgestattet ist, wie in dem brasilianischen Patent PI-8102668 vom 30. April 1981 beschrieben. Bei dieser automatischen mechanischen Vorrichtung werden die Räder automatisch angekoppelt,

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wenn der Wahlantrieb mittels des Verteilergetriebeschalthebels eingeschaltet wird. Das Ausrücken wird durch Abschalten des wahlweisen Antriebs bewirkt, also über den Verteilergetriebe-Schalthebel. Um die Räder vollständig abzukoppeln, ist es erforderlich, das Fahrzeug entgegengesetzt zu seiner vorherigen Bewegungsrichtung zu bewegen.

Obgleich die in dem vorstehenden Patent beschriebene automatische mechanische Vorrichtung einige Vorteile im Vergleich zu zu diesem Zeitpunkt verfügbaren anderen Vorrichtungen brachte, setzte die Anmelderin ihre Untersuchungen und Entwicklungen fort, um eine praxisgerechte Lösung des Problems des Standes der Technik zu erzielen, da die automatische mechanische Vorrichtung immer noch den Nachteil hatte, daß das Fahrzeug entgegengesetzt zu seiner ursprünglichen Richtung bewegt werden mußte, um das völlige Ausrücken der Räder zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum wahlweisen Zuschalten eines Radantriebes zu schaffen, bei der die oben geschilderten Nachteile möglichst weitgehend vermieden sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Teilen der Patent- ^Ayj ansprüche 1,8 und 9 angegeben.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Vorrichtung zum Abkoppeln der Räder von dem wahlweisen Antrieb eines Fahrzeugs, bei dem der "eingerückte" und "ausgerückte" Betriebszustand der verbesserten Vorrichtung mittels eines Fluidsystems herbeigeführt werden, wie einem pneumatischen, hydraulischen oder durch Vakuum betätigten System, welches in einfacher und bequemer Weise durch den Benutzer mittels eines Steuerventils betätigt wird, das innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, einen automatischen Freilauf-Nabenaufbau zum Lösen der Räder eines wahlweisen Antriebes eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem die Verbindung und Lösung der Fahrzeug-

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räder und ihrer entsprechenden Wahlantriebsachsen automatisch mittels eines pneumatischen, hydraulischen oder Vakuum betätigten Systems erzielt wird, das vom Benutzer durch ein innerhalb des Fahrzeugs gelegenes Steuerventil betätigt wird. Das Ventil kann mit dem Wahlantrieb-Verteilergetriebe-Schalthebel gekoppelt sein oder auch nicht. Im betätigten Zustand verursacht das Ventil ein Druck-Ungleichgewicht innerhalb der Vorrichtung, welches die Bewegung des Einrück-ZAusrück-Elements oder der -Elemente hervorruft, so daß die nachfolgende Lösung oder Verbindung der Räder und der Antriebsachsen bestimmt wird.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß das Einrücken oder Ausrücken der Wahlantriebs^ Räder automatisch erfolgt und daß es nicht erforderlich ist, das Fahrzeug entgegengesetzt zur vorherigen Bewegungsrichtung zu bewegen. Dieser Gesichtspunkt stellt einen ganz beträchtlichen Vorteil im Vergleich zu anderen bekannten Vorrichtungen einschließlich der vorstehend erläuterten automatischen mechanischen Vorrichtung der Anmelderin dar.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, ein einfaches, verläßliches, unabhängiges Freilaufsystem zu schaffen, das außerordentlich einfach in ein Fahrzeug einzubauen ist und praktisch bei jeder beliebigen Größe einer Antriebsachse einsetzbar ist, sowie auch bei verschiedenen Arten von Achskonstruktionen, wie beispielsweise Pendelachsen bzw. freischwimmenden Achsen, halbschwimmenden Achsen, Treibspindelachsen, usw.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, eine automatische Freilauf-Nabenanordnung zu schaffen, die äußerst einfach aufgebaut ist und die bei einer

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bereits vorhandenen Antriebsspindel nur wenige Abwandlungen erfordert.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Teilseiten

ansicht des automatischen Freilauf-Nabenauf baugehäuses oder -körpers, der an der Radnabe des Fahrzeugs be

festigt ist, wobei ein Verfahren zur Befestigung oder Festlegung des Gehäuses an der Radnabe dargestellt ist;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in

der ein weiteres Verfahren der Festlegung des Gehäuses an der Radnabe dargestellt ist;

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht,

in der ein weiteres Verfahren zur Befestigung oder Festlegung des Gehäuses an der Radnabe dargestellt ist;

Fig. 4 und 5 aufeinanderfolgende, auseinandergezogene perspektivische Darstellungen der inneren Teile oder Komponenten, welche im zusammengebauten Zustand den Freilauf-Nabenaufbau gemäß der Erfindung bilden, wobei bestimmte Komponenten

ausgebrochen und geschnitten sind, um verschiedene Merkmale klarer darzustellen; und

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Fig. 6 eine Längsschnittansicht durch die

automatische Freilauf-Nabenanordnung oder -vorrichtung, die auf der Achse montiert ist, wobei sowohl die eingerückte als auch die ausgerückte Stellung der Vorrichtung bezüglich der Mittellinie des Aufbaus dargestellt sind. Der obere Teil der Figur zeigt die Vorrichtung in der ausgerückten Stellung, während der untere Teil die Vorrichtung

in der eingerückten Stellung darstellt.

Die Erfindung wird bei Fahrzeugen angewendet, die mit mehr als einer Antriebs- oder Treibachse ausgerüstet sind. Die Vorrichtung, Einheit oder Anordnung ist innerhalb eines äußeren Körpers 1 montiert, welcher die Halterung für die gesamte Einheit oder den Aufbau darstellt und der über verschiedene Befestigungsmittel an der Radnabe 2 des Fahrzeugs befestigt ist. In den Fig. 1, 2 und 3 sind drei unterschiedliche Befestigungsbeispiele oder -verfahren gezeigt. Der Körper 1 enthält in seinem Inneren die Vorrichtung für die Lösung des wahlweisen Antriebs bzw. zuschaltbaren Antriebs.

In der Fig. 1 zeigt der Körper 1 Gewindelöcher 3 zur Einführung der Befestigungsschrauben 4 in die Radnabe In der Fig. 2 ist der Körper 1 mit äußeren Keilnuten 5 versehen, welche in die inneren Keilnuten 6 passen, welche auf der Radnabe 2 angeordnet sind. Gemäß der Fig. 3 ist der Körper 1 mit einem Flansch 7 versehen, welcher Löcher oder öffnungen enthält, die mit den Öffnungen zusammenpassen, die in der Radnabe 2 und der Radfelge 9 vorgesehen sind. Es werden gewöhnliche Befestigungsschrauben 8 verwendet, um den Körper 1 und die Felge 9 an der Radnabe 2 festzulegen.

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Innerhalb des Gehäuses oder Körpers 1 ist die Vorrichtung zur Lösung bzw. Abkopplung des wahlweisen Antriebs untergebracht, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Sie besteht aus einer zylindrischen Achsennabe 10 mit inneren Keilnuten 11, die mit den äußeren Keilnuten 12 auf der Achswelle 13 des Fahrzeuges gekoppelt sind. Die Achsennabe 1O weist ein Paar von äußeren ringförmigen Nuten 14 auf, die im Abstand zueinander angeordnet sind und in welche die Schnappringe 15 eingepaßt sind. Ein Lager 16 ist auf der Achsennabe 10 zwischen den Schnappringen 15 vorgesehen und mittels eines weiteren Schnapprings 17 am inneren Teil des Körpers 1 festgelegt, wie in der Fig. 6 gezeigt.

Angrenzend an den inneren Schnappring 15 weist die Achsennabe 10 einen kleinen äußerlich gezahnten Abschnitt 18 auf, der mit den inneren Zähnen 19 zusammenpaßt, die auf dem Kupplungsring 20 vorgesehen sind. Der Ring 20 ist gemäß der Erfindung das bestimmende Element für den "eingerückten" und "ausgerückten" Betriebszustand oder den entsprechenden Stellungen zwischen der Antriebsachse oder -welle 13 und dem äußeren Körper 1, wie vorstehend erläutert. Der Kupplungsring 20 weist auf seiner Außenseite eine Reihe von Verriegelungszähnen 21 auf, welche mit den sich axial erstreckenden, umfangsmäßig im Abstand angeordneten Längsschlitzen oder Nuten 22 zusammenpassen, die innerhalb des Körpers 1 vorgesehen sind und auf welche mit herkömmlichen Verfahren die radialen Vorsprünge 24 der Betätigungsscheibe 25 befestigt sind. Der Ring 20 und die Betätigungs scheibe 25 sind durch eine Niete 23 befestigt.

Bei der ersten Konstruktionsausführung der Betätigungsscheibe 25 ist in deren Mitte ein Zentralniet oder -stift 26 vorgesehen, welcher die flexible oder beweg-

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bare Membran 27 und eine weitere Scheibe 28 an der Betätigungsscheibe 25 befestigt. Diese Membran 27 ist an dem Körper 1 mittels einer Beilagscheibe 29 und eines Schnapprings 30 befestigt. Bei einer zweiten Konstruktionsausführung dient der Zentralniet 26 zur Befestigung und Festlegung eines Kolbens 31 an der Betätigungsscheibe 25, wobei dieser Kolben 31 innerhalb des Körpers 1 gleitend ausgebildet ist. Die Membran 27 und der Kolben 31 stellen jeweils ein "bewegbares EIement" dar, gemäß der in den Ansprüchen verwendeten Ausdrucksweise.

Der keilvernutete Abschnitt 12 der Achse oder Welle 13 weist eine ringförmige Nut 32 auf, in der ein Schnappring 33 angeordnet ist. Eine Dichtmutter 34 mit einem glatten Außendurchmesser ist auf ein Ende der Spindel 35 aufgeschraubt. Die Mutter 34 ist zusammen mit der Scheibe 36 und der Dichtung 37 an dem Körper 1 befestigt oder an diesem angebracht, wodurch die Dichteinheit für das eine Ende der Spindel 35 gebildet wird. Die Muttern 38 und die Sicherungsscheiben 39 werden als Befestigungselemente zur Befestigung der Spindel 35 an der Radnabe 2 verwendet.

Das entgegengesetzte Ende der erwähnten Spindel 35 ist durch eine Öldichtung 40 abgedichtet. Die Dichtung 40 ist in einer ringförmigen Ausnehmung 41 aufgenommen, die auf dem Flansch 42 der Spindel 35 maschinell eingearbeitet ist. Die Dichtung 40 steht in Berührung mit der Antriebsachse 13 des Systems. Eine weitere Dichtung 43 ist an dem Ende der Radnabe 2 des Fahrzeugs eingesetzt, wie in der Fig. 6 gezeigt.

An dem inneren Teil des Endes der Spindel 35 ist ein Lager 44 vorgesehen, welches einen kleinen Kanal oder

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Durchgang 45 in Verbindung mit dem radialen Spalt 46 bildet, der durch oder zwischen der Antriebsachse 13 und der Spindel 35 geformt ist. Der Kanal 45 ist auch mit einer Mündung oder Öffnung 47 verbunden, die im äußeren Teil der Spindel 35 gebohrt ist, und an welcher ein Rohr 48 befestigt ist. Das Rohr 48 ist über flexible Schläuche, die nicht gezeigt sind, mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden.

Alternativ hierzu könnte das Rohr 48 auch an dem Ende einer Mündung oder eines Durchgangs 49 befestigt sein, der in Längsrichtung auf der Antriebsachse 13 selbst gebohrt ist. Bei einem derartigen Aufbau wäre der Verbindungskanal 45 nicht erforderlich.

Wenn die Einheit oder Vorrichtung sich in der "ausgerückten" Stellung befindet, wie im oberen Teil der Fig. 6 gezeigt, kämmen die inneren Zähne 19 des Kupplungsrings 2O nicht mit dem gezahnten Abschnitt 18 der Achsen- nabe 10, so daß eine freie Rotation der Radnabe 2 möglich ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Achsennabe 10 und folglich die Antriebsachse 13 bewegungslos und der wahlweise Antrieb ist abgekoppelt. Mit anderen Worten bewirkt in der "ausgerückten" Stellung die freie Rotation der Radnabe 2 des Fahrzeugs, daß der Körper 1, der mit ihr verbunden ist, rotiert, sowie auch alle anderen Teile oder Komponenten in seinem Inneren. Die Komponenten sind der Kupplungsring 20, die Betätigungsscheibe 25 und die Anordnung aus der Membran 27 und der inneren Scheibe 28, wenn man die erste Konstruktionsaus führung betrachtet, oder aber der Kolben 31, wenn man die zweite Konstruktionsausführung ins Auge faßt. Da der Kupplungsring 20 nicht im Eingriff mit der Achsennabe 10 steht, bleibt er im Stillstand, sowie auch die Antriebsachse 13 des Systems. Zu diesem Zeitpunkt kann

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die Radnabe 2 des Fahrzeugs frei rotieren, sowie auch die vorstehend beschriebenen Teile oder Komponenten.

In dieser ausgerückten Stellung ist der innerhalb der Kammer A vorliegende Druck gleich dem innerhalb der Kammer B, die vollständig abgedichtet ist. Damit die Vorrichtung oder der Aufbau in die eingerückte Stellung verschoben wird, muß zwischen diesen beiden Kammern A und B ein Druckunterschied erzeugt werden. Dieser wird durch Vakuum, durch einen pneumatischen oder hydraulischen Druck erzielt, der aus dem Einlaßsystem des Fahrzeugs stammt oder aus einer Hilfspumpe. Der hier oder in den Ansprüchen verwendete Ausdruck "Fluid" umfaßt jede Art von Vakuum oder pneumatischer oder hydraulischer Quelle.

Die Strömung dieser Fluida (Vakuum, Luft oder Öl) wird durch ein nichtgezeigtes Steuerventil gesteuert, das mit dem Betätigungshebel für den wahlweisen Antrieb verbunden sein kann oder auch nicht. Die Fluida werden über nichtgezeigte flexible Schläuche von dem Motor oder der Hilfspumpe zu dem Rohr 48 geleitet, das an der Mündung 47 befestigt sein kann, die in dem Ende der Spindel 35 gebohrt ist, oder an einer Mündung, einem Durchgang oder einer Öffnung 49, die in der Antriebsachse 13 gelegen ist.

In dem ersten Fall werden die Fluida (Vakuum, Luft oder öl) durch den Kanal 45 zu dem radialen Spalt 46 zwisehen der Antriebsachse 13 und der Spindel 35 geleitet; dann treten sie über die Keilnuten 12 auf der Achse in die Kammer A ein. Im zweiten Fall erreichen die Fluida (Vakuum, Luft oder Öl) ebenfalls die Kammer A, sie werden jedoch durch das innere Längsloch oder die Mündung 49 der Achse 13 geführt. Das Fluid wird am

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Ausfließen durch die Enden der Spindel 35 gehindert, da an einem Ende die Spindel durch die Dichteinheit verschlossen ist, welche durch die Dichtungsmutter 34, die Scheibe 36 und die Dichtung 37 gebildet ist, während sie an dem anderen Ende durch die Dichtung 40 abgedichtet ist.

Wenn das Fluid aus der Kraftquelle (Vakuum, Luft oder Öl) die Kammer A erreicht und zwischen dieser Kammer und der Kammer B einen Druckunterschied erzeugt, bewirken die Druckunterschiede, daß sich die Membran 27 bei der ersten Konstruktionsausführung oder der Kolben 31 bei der zweiten Ausführung axial bewegen. Da entweder die Membran 27 oder der Kolben 31 mit der Betätigungsscheibe 25 und dem Kupplungsring 20 gekoppelt ist, werden diese beiden letztgenannten Elemente zur Achsennabe 10 hin "gedrückt", und bewirken ein perfektes Eingreifen der inneren Zähne 19 auf dem Ring 20 in den gezahnten Abschnitt 18 auf der Achsennabe 1O, wie im unteren Teil der Fig. 6 gezeigt.

Nachdem einmal der Eingriff zwischen dem Kupplungsring 20 und der Achsennabe 10 herbeigeführt ist, ist die Wahlantriebs-Entkopplungsvorrichtung eingerückt oder an- der Antriebsachse 13 verriegelt; d.h., der Körper 1 dreht sich zusammen mit der Achsennabe 10 und diese zusammen mit der Antriebsachse 13 (wahlweiser Antrieb eingerückt).

Zur Wiederherstellung des entkoppelten Zustande ist es lediglich erforderlich, die Fluidströmung von der Kraftquelle (Vakuum, Luft oder Öl) zu unterbrechen. Dies erreicht man durch das Steuerventil, welches das Druckgleichgewicht zwischen den beiden Kammern A und B wiederherstellt. Dadurch ergibt sich die nach-

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folgende Rückführung der Membran 27 oder des Kolbens in die ursprüngliche Position. Da diese Elemente mit der Betätigungsscheibe 25 und dem Kupplungsring 20 gekoppelt sind, bewirken sie das Lösen der Zähne 19 des Kupplungsrings von dem gezahnten Abschnitt der Achsennabe 10. Auf diese Weise bleibt die Einheit oder Vorrichtung ausgerückt und die Radnabe 2 des Fahrzeugs kann sich unabhängig von der Achsennabe 10 und der Antriebsachse 13 frei drehen.

Wenn zum Ausrücken des Kupplungsrings 20 ein Vakuum verwendet wird, wird es aus der Kammer A über das gleiche Steuerventil entlüftet. Da die Kammer B vollständig abgedichtet ist, wirkt in ihr ein Druckabfall als eine Rückholfeder zur Bewegung der Membran 27 und des Kupplungsrings 20 zurück in die ausgerückte Stellung, in der die beiden Kammern A und B mit Atmosphärendruck beaufschlägt sind. Mit dieser neuartigen Vorrichtung oder Anordnung erfolgen das Einrücken und Ausrücken der wahlweise angetriebenen Räder automatisch, und zwar gleichzeitig mit der Betätigung des Schalthebels des wahlweisen Antriebs oder auch nicht, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, das Fahrzeug entgegen der vorherigen Bewegungsrichtung zu bewegen, so daß sich für den Benutzer eine höhere Bequemlichkeit und ein größerer praktischer Nutzen ergeben.

Das vorstehend beschriebene Freilaufsystem bietet all die Vorteile der manuellen Nabe sowie auch der automatischen Naben gemäß dem Stand der Technik. Die Vorteile sind: Betätigung vom Fahrersitz aus bei beliebiger Geschwindigkeit; Einsatzmöglichkeit für eine Motorkompressionsbremse; keine Bewegungsumkehr beim Ausrücken; der gesamte vordere Kraftubertragungszug ist im 4x2-Betrieb bewegungslos; vollständige Ver-

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läßlichkeit; sowie einfache Konstruktion und leichter Einbau.

Das Freilaufsystem besteht aus einem Satz oder einem Paar von Verriegelungsnaben, die durch ein Vakuum oder durch Luft oder hydraulische Kraft betätigt werden, welche in geeigneter Weise an die Räder geführt und durch ein Ventil gesteuert wird, das beispielsweise in Verbindung mit dem Verteilergetriebe-Schaltmechanismus betätigt wird.

Herkömmliche Dichtungen an beiden Enden der Spindel stellen eine wirksame und dauerhafte Abdichtung der Einheit sicher. Bei einem Vakuumkraftsystem halten ein geeignetes Reservoir und ein Rückschlagventil einen angemessenen Vakuumvorrat aufrecht, um unter allen Motorbetriebs zuständen eine momentane Verriegelungsund Entriegelungswirkung zu gewährleisten. Die Dauerhaftigkeit des Vakuumbetätigungsmechanismus ist gegeben.

Während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs führt die Membran beträchtlich weniger Betriebszyklen aus als vergleichbare Membranen, die in Treibstoffpumpen und Bremskraftverstärkern verwendet werden. Bei der Vakuumversion werden die folgenden Komponenten verwendet: ein Vakuumreservoir, ein Vakuumrückschlagventil, ein Vakuumschalter, ein Satz von Schläuchen und Verbindungen und ein Satz von Freilaufnaben.

Der Einbau des Vakuumsystems ist außerordentlich einfach, da es praktisch eine Zusatzeinheit bzw. Nachrüsteinheit darstellt. Die einzige Abwandlung ist an der Spindel erforderlich, an welcher der Väkuumeinlaß gebohrt und ein Dichtungssitz vorgesehen werden müssen. Abgesehen hiervon kann eine völlig herkömmliche Standardvorderachse verwendet werden.

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Im Vergleich zu anderen bekannten Freilaufsystemen wird durch die Erfindung eine einzigartige Kombination positiver Merkmale geschaffen, welche die folgenden einschließen: der Fahrer muß nicht aus dem Fahrzeug aussteigen, um die Naben zu verriegeln oder zu entriegeln; eine permanente Verriegelungswirkung ermöglicht die Motorkompressionsbremsung der Vorderräder im 4x4-Betrieb; es ist nicht erforderlich, das Fahrzeug zum Abkoppeln der Naben rückwärts zu bewegen; beim 4x2-Betrieb drehen sich die Vorderräder vollständig frei von der Antriebswelle; der gesamte vordere Kraftübertragungszug bleibt absolut stillstehend; es erfolgt eine augenblickliche positive Verriegelung und Entriegelung, die gleichzeitig mit dem Schalten des Verteilergetriebes erfolgen; der Vierradantrieb kann während der Bewegung eingerückt werden, vorausgesetzt, das Fahrzeug ist mit der Einrichtung zur Drehung des vorderen Kraftübertragungszuges vor dem Eingriff ausgestattet; einfache Konstruktion; die Nabe enthält praktisch nur ein bewegtes Teil, nämlich den Kupplungsring; Zuverlässigkeit; robuste Drehmoment-Übertragungselemente, die an manuellen Naben ausgiebig erprobt wurden; schließlich wird das erfindungsgemäße System durch harte Betriebsbedingungen oder extreme klimatische ümgebungsbedingungen nicht beeinträchtigt.

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Claims (13)

Ansprüche

1. Automatischer Freilauf-Nabenaufbau für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb zur Antriebsverbindung eines Rades mit der zugeordneten Antriebsachse des Fahrzeuges, welche eine längslaufende Achse aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Achse an einem Ende mit äußeren Keilnuten versehen ist, daß der Nabenaufbau eine Gehäusenabe mit einer Axialbohrung aufweist, durch welche sich die Achse erstreckt, sowie einen Körper mit einem Hohlraum, der mit der Bohrung ausgerichtet ist, wobei ein Ende an der Stirnfläche der Gehäusenabe anliegt und das andere Ende des Körpers verschlossen ist, daß der Körper einen inneren Abschnitt von Schlitzen aufweist, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Körper an der Nabe befestigen, daß Einrichtungen in der Gehäusenabe vorgesehen sind, um den Nabenaufbau auf dem Keilnutende der Welle zu montieren, wobei die Gehäusenabe die Welle vollständig umgibt und sich ihr Keilnutende in den Hohlraum des Körpers hineinerstreckt, daß eine zylindrische Achsennabe mit inneren Keilnuten versehen ist und auf dem Keilnutende der Achse innerhalb des Hohlraums angebracht und von diesem getragen

ist, daß die Achsennabe einen einstückig gezahnten Abschnitt von Zähnen auf ihrer Außenseite aufweist, daß ein axial bewegbarer rohrförmiger Kupplungsring vorgesehen ist, der einen inneren Abschnitt mit Zähnen zum selektiven Eingriff mit den Zähnen auf der Achsennabe besitzt, daß der Kupplungsring einen Außenabschnitt von Verriegelungszähnen besitzt, die mit den inneren Schlitzen an dem Körper in Eingriff treten können, daß auf ein Fluid ansprechende Betatxgungseinrichtungen vorgesehen sind, welche ein bewegbares Element umfassen, das axial entgegengesetzt dem Keilnutende der Achse in dem Hohlraum gelegen ist, daß das bewegbare Element den Hohlraum in ein Paar von Fluidkammern unterteilt, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche das bewegbare Element an dem Kupplungsring befestigen, und daß die Fluidbetätigungseinrichtungen in Abhängigkeit von einem Druckunterschied in den beiden Kammern das bewegbare Element und den Kupplungsring axial bewegen, um den Eingriff oder das Lösen der Zähne des Kupplungsrings und der Achsennabe herbeizuführen.

2. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegbare Element in Gestalt einer expandierbaren Membran vorliegt, deren Umfangskante in dem Körper festgelegt ist, daß die Ringbefestigungseinrichtung in Gestalt einer Betätigungsscheibe vorliegt, welche zwischen der Membran und dem Kupplungsring gelegen ist, und daß die Betätigungsscheibe mit einem Teil an dem Kupplungsring befestigt ist, und mit einem anderen Teil an der Membran und mit dieser bewegbar.

3. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegbare Element in Gestalt eines Kolbens vorliegt, der abdichtend in

den Hohlraum des Körpers eingepaßt ist und den Hohlraum in das Paar von Fluidkammern unterteilt, daß die Ringbefestigungseinrichtung in Gestalt einer Betätigungsscheibe vorliegt, welche zwischen dem Kolben und dem Kupplungsring gelegen ist, und daß die Betätigungsscheibe mit einem Teil an dem Kupplungsring befestigt ist und mit einem weiteren Teil an dem Kolben und mit diesem bewegbar.

4. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung der Gehäusenabe zur Montage des Nabenaufbaus eine rohrförmige Spindel umfaßt, welche in der Axialbohrung der Gehäusenabe angeordnet ist und durch welche sich die Antriebsachse des Fahrzeugs erstreckt, daß die Spindel derart angebracht ist, daß der Außenumfang der Antriebsachse im Abstand zur Innenwand der Spindel angeordnet ist, um eine ringförmige Ausnehmung zu bilden, welche mit einem Ende mit den Keilnuten auf der Antriebsachse und der entgegengesetzten Fluidkammer und dem bewegbaren Element in Verbindung steht, und daß Durchgangseinrichtungen in der Spindel vorgesehen sind, welche mit der ringförmigen Ausnehmung in Verbindung stehen und zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildet sind, um· das Fluid in die ringförmige Ausnehmung und in die entgegengesetzte Kammer zu lenken.

5. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichne t , daß eine sich in Längsrichtung erstreckende Mündung in der Antriebsachse des Fahrzeuges vorgesehen ist und sich von einem Ende zum anderen Ende erstreckt, daß die Mündung angrenzend an die Betätigungseinrichtung und das bewegbare Element endet, und daß das andere Ende der Mündung zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildet ist.

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6. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen in der Gehäusenabe zur Montage des Nabenaufbaus eine rohrförmige Spindel umfassen, die in der Axialbohrung der Gehäusenabe vorgesehen ist, und durch die sich die Antriebsachse des Fahrzeugs erstreckt und darin montiert ist, daß eine sich in Längsrichtung erstreckende Öffnung in der Antriebsachse des Fahrzeugs vorgesehen ist und sich von einem Ende zu dem anderen Ende erstreckt, daß die Öffnung angrenzend an die Betätigungseinrichtung und das bewegbare Element endet, und daß das andere Ende der Öffnung zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildet ist.

7. Nabenaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Axialbewegung der auf Fluid ansprechenden Betätigungseinrichtung und der bewegbaren Wand durch ein Vakuum, oder durch pneumatischen oder hydraulischen Druck herbeigeführt wird.

8. Automatischer Freilauf-Nabenaufbau für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb zur Antriebsverbindung eines Rades mit der zugeordneten Antriebsachse des Fahrzeugs, welche eine sich in Längsrichtung erstreckende Achse aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebsachse an einem Ende mit äußeren Keilnuten versehen ist, daß der Nabenaufbau eine Gehäusenabe mit einer Axialbohrung umfaßt, durch welche sich die Achse erstreckt, sowie einen Körper mit einem Hohlraum, der mit der Bohrung ausgerichtet ist, wobei ein Ende an einer Stirnfläche der Gehäusenabe anliegt und das andere Ende des Körpers verschlossen ist, daß der Körper einen inneren Abschnitt von Schlitzen aufweist, sowie Einrichtungen, die den Körper an der Nabe festlegen, daß Einrichtungen in der Gehäusenabe vorgesehen

sind, um den Nabenaufbau auf einem keilverzahnten Ende der Welle zu montieren, wobei die Gehäusenabe die Welle vollständig umgibt und das keilverzahnte Ende sich in den Hohlraum des Körpers hineinerstreckt, daß eine zylindrische Achsennabe mit inneren Keilnuten versehen ist und an dem Keilnutenende der Achse innerhalb des Hohlraums montiert und davon getragen ist, daß die Achsennabe einen einstückig gezahnten Abschnitt von Zähnen auf der Außenseite aufweist, daß ein axial bewegbarer ringförmiger Kupplungsring einen inneren Abschnitt von Zähnen zum selektiven Eingriff mit den Zähnen auf der Achsennabe aufweist, daß der Kupplungsring einen äußeren Abschnitt von Verriegelungszähnen besitzt, die mit den inneren Schlitzen an dem Körper in Eingriff treten können, daß Betätigungseinrichtungen vorgesehen sind, welche ein bewegbares Element axial gegenüberliegend dem keilverzahnten Ende der in dem Hohlraum gelegenen Achse umfassen, daß das bewegbare Element den Hohlraum in ein Paar von Kammern unterteilt, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das bewegbare Element an dem Kupplungsring zu befestigen, daß die Betätigungseinrichtungen auf eine Kraft zur axialen Bewegung des bewegbaren Elements und des Kupplungsrings ansprechen, um den Eingriff oder das Lösen der Zähne des Kupplungsrings und der Achsennabe herbeizuführen.

9. Vorrichtung zum Abkoppeln der Räder von dem wahlweisen Antrieb eines Fahrzeugs mit mehr als einer Antriebsachse, wobei die Vorrichtung innerhalb eines äußeren Körpers (1) montiert ist, welcher die Halterung für die gesamte Einheit darstellt und an der Radnabe (2) des Fahrzeugs befestigt ist, wobei ferner innerhalb des Körpers (1) eine Vorrichtung zur Lösung des wahlweisen Antriebs enthalten ist, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Vorrichtung eine innen keil-

verzahnte (11), zylindrische Achsennabe (10) umfaßt, wobei die Keilnuten mit dem keilverzahnten Ende (12) der Antriebsachse (13) des Kraftübertragungszuges des Fahrzeugs im Eingriff stehen und die Achsennabe (10) an ihrem Ende ein Paar von ringförmigen Nuten (14) aufweist, die entsprechend im Abstand zueinander angeordnet sind und Schnappringe (15) aufnehmen, zwischen denen ein Lager (16) angeordnet ist, das am inneren Teil des Körpers(1) durch einen weiteren Schnappring (17) festgelegt ist, daß die Achsennabe (10) angrenzend an den inneren Schnappring (15) einen kleinen außengezahnten Abschnitt (18) aufweist, der mit den inneren Zähnen (19) des Rings (20) zusammenpaßt und das bestimmende Element der "eingerückten" und "ausgerückten" Stellungen zwischen der Antriebsachse (13) und dem Körper (1) ist, daß der Ring (20) äußerlich eine Reihe von Verriegelungszähnen (21) besitzt, welche mit den Längsnuten (22) innerhalb des Körpers (1) zusammenpassen und auf denen mittels eines geeigneten Verfahrens (23) die radialen Vorsprünge (24) einer Betätigungsscheibe (25) festgelegt sind, daß die Betätigungsscheibe (25) in ihrer Mitte einen Stift (26) besitzt, welcher die Membran (27) und eine weitere Scheibe (28) an der Betätigungsscheibe (25) festlegt, daß die Membran (27) an dem Körper (1) durch eine Beilagscheibe (29) und einen Schnappring (30) festgelegt ist, daß der keilverzahnte Abschnitt (12) der Antriebsachse (13) eine ringförmige Nut (32) zur Positionierung eines Schnapprings (33) aufweist und eine Dichtmutter (34) mit einem glatten Außenteil, welche auf das Ende der Spindel (35) aufgepaßt ist, und die zusammen mit einer Dichtungsscheibe (36) und einer Dichtung (37), die auf den Körper (1) aufgepaßt sind, die Dichteinheit eines Spindelendes darstellt, daß als gemeinsame Befestigungselemente der Spindel (35) auf der Radnabe (2) Halte-

muttern (38) und Sicherungsscheiben (39) verwendet werden, daß das entgegengesetzte Ende der Spindel (35) durch eine Öldichtung (40) abgedichtet ist, welche auf einer ringförmigen Ausnehmung (41) auf dem Flansch (42) der Spindel (35) angeordnet ist, daß die Dichtung den Kontakt mit der Antriebsachse (13) des Systems aufrechterhält, daß eine weitere Dichtung (43) vorgesehen ist, um das Ende der Radnabe (2) des Fahrzeugs abzudichten, daß in entsprechender Weise an dem inneren Teil des Spindelendes (35) festgelegt ein Lager (44) vorgesehen ist, welches die Bildung eines kleinen Kanals (45) bewirkt, der mit einem radialen Spalt (46) in Verbindung steht, welcher zwischen der Antriebsachse (13) und der Spindelachse (35) gebildet ist, sowie auch verbunden mit einer Öffnung (47), die auf dem inneren Teil (35) der Spindel gelegen ist, und auf der ein Rohr (48) befestigt ist, das zur Verbindung mit dem Fahrzeugchassis über flexible Schläuche ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer zweiten Konstruktionsausführung der zentrale Stift (26) den Kolben (31) an der Betätigungsscheibe (25) festlegt, und daß der Kolben innerhalb des Körpers (1) gleitend angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (48) mit einer Öffnung (49) verbindbar ist, die in Längsrichtung auf der Antriebswelle (13) gelegen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Bewegung der Membran

(27) durch Vakuum und/oder pneumatischen oder hydrau-

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1 lischen Druck herbeigeführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bewegung des Kolbens 5 (31) durch Vakuum und/oder pneumatischen oder hydraulischen Druck herbeigeführt wird.