DE3701898A1 - Kupplung mit einer schaltmuffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einer Schaltmuffe zum form­ schlüssigen Verbinden eines Antriebselementes mit einem Abtriebsele­ ment, insbesondere zum Schalten einer Differentialsperre bei einem Differentialgetriebe in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Kupplungen sind in einer Vielzahl von Bauarten bekannt. Zu­ meist sind das An- und Abtriebselement mit einer Außenverzahnung ver­ sehen und werden miteinander gekuppelt, wenn die mit einer korrespon­ dierenden Innenverzahnung ausgestattete Schaltmuffe mit beiden Ver­ zahnungen in Eingriff ist. Wird in diesem Einkuppelzustand wesent­ liches Drehmoment übertragen, so ist es aufgrund der Reibungkräfte nur mit beträchtlichen Schaltkräften möglich, die Kupplung wieder zu lösen. Bei Sperrdifferentialen in Kraftfahrzeugen z. B. kann dies zur Folge haben, daß noch eine ganze Weile im gesperrten Zustand gefahren werden muß, bis die Antriebsverspannung abnimmt und die Schaltmuffe entsprechend verschoben werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Schaltmuffe derart auszubilden, daß auch bei Antriebsverspannungen ein Auskuppeln mit geringen Schaltkräften möglich ist. Zudem soll die Kupplung robust und herstellungstechnisch einfach aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird anstelle einer der Gleit­ reibung unterliegenden Verzahnung ein formschlüssiger Eingriff durch Wälzkörper vorgeschlagen, welcher die Schaltkräfte selbst bei hohen Drehmomentübertragungen in erheblichem Maße reduziert. Die Wälzkörper sind in Ausnehmungen der Schaltmuffe und in entsprechenden Bahnen der An- und Abtriebselemente angeordnet. Bei einer entsprechenden über den Umfang verteilter Anzahl von Wälzkörpern, die auch noch in mehre­ ren Wälzkörperreihen vorgesehen sein können, ist eine ausreichend hohe Drehmomentübertragung im Einkuppelzustand sichergestellt. Die Wälzkörper können Rollen zylindrischer oder tonnenförmiger Gestalt sein, die in entsprechend gestalteten Bahnen zwischen der Schaltmuffe und dem An- und Abtriebselement aufgenommen sind; bevorzugt werden jedoch gemäß Anspruch 2 Kugeln und entsprechende Kugelbahnen vorge­ schlagen, die einfach herstellbar und montierbar sind und günstige Abrollverhältnisse beim Kuppelvorgang sicherstellen.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Merkmalen der Patentansprüche 3 bis 6 entnehmbar. Hinsicht­ lich einer einwandfreien Führung der Schaltmuffe auf dem An- und Ab­ triebselement haben sich die Merkmale des Anspruches 3 als günstig erwiesen. Dabei sind im Einkuppelzustand je zwei Kugelreihen auf dem An- und Abtriebselement positioniert, was auch eine hohe Drehmoment­ übertragung ermöglicht. Die Kugeln können zur Vereinfachung der Mon­ tage und zur Sicherstellung einer definierten Abstützbasis in einem Kugelkäfig gemäß Anspruch 4 geführt sein.

Durch die Merkmale der Patentansprüche 5 und 6 wird bei Aufrechter­ haltung eines kurzen Schaltweges der Schaltmuffe eine breite Abstütz- und Führungsbasis für die Schaltmuffe auf der An- und Abtriebswelle geschaffen. Dabei können in der Auskuppelstellung ein oder mehrere Kugelreihen in den entsprechenden Ringnuten ohne Drehmomentübertra­ gung kreisen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung mit einer Schaltmuffe an einem sperrbaren Differential für ein Kraftfahrzeug;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Kupplung nach Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt abschnittsweise ein Differentialgetriebe (10) eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise in der Bauart gemäß der DE-AS 11 61 483. In dem Gehäuse (12) des Differentialgetriebes drehbar ge­ lagert ist das Ausgleichsgehäuse (14), welches ein Antriebszahnrad (nicht dargestellt) trägt und in dem die Ausgleichs-Kegelräder und die Achs-Kegelräder in bekannter Weise gelagert sind. Im Ausgleichs­ gehäuse (14) drehbar gelagert sind ferner die den Kraftfluß zu den angetriebenen Rädern leitenden Abtriebswellen, von denen nur die Ab­ triebswelle (16) dargestellt ist.

Zur Sperrung der Differentialwirkung ist eine Kupplung (18) vorge­ sehen, die eine Schaltmuffe (20) aufweist, die mit dem Ausgleichsge­ häuse (14) als Antriebselement und der Abtriebswelle (16) als Ab­ triebselement zusammenwirkt. Dazu ist auf das Ausgleichsgehäuse (14) eine Kupplungshülse (22) fest aufgebracht, die an ihrem Außenumfang mehrere Axialnuten (24) halbkreisförmigen Querschnittes aufweist. An­ grenzend an die Kupplungshülse (22) ist an der Abtriebswelle (16) ein Kupplungsabschnitt (26) gleicher Außenkonfiguration vorgesehen, der ebenfalls mit Axialnuten (28) halbkreisförmigen Querschnittes ver­ sehen ist. Desgleichen sind in der Schaltmuffe an deren Innenumfangs­ fläche Axialnuten (30) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnit­ tes eingearbeitet.

In den Axialnuten (24, 28, 30) sind im montierten Zustand Kugeln (32) angeordnet, die durch Linear-Kugelkäfige (34) in einem definier­ ten Abstand zueinander gehalten sind. Es sind je Axialnut vier Kugeln eingesetzt, die jeweils über den Umfang gesehen vier Kugelreihen bil­ den. Die Kugeln sind durch Sicherungsringe (36, 38) in der Schalt­ muffe (20) und durch einen Sicherungsring (40) auf dem Kupplungsab­ schnitt (26) der Abtriebswelle (16) gegen Herausfallen gesichert. Zudem ergibt dies eine Fixierung der Kugelreihen relativ zur Schalt­ muffe 20 derart, daß über deren Verschiebeweg stets ein Abwälzen der Kugeln (32) sichergestellt ist. Die Kugelkäfige (34), die gegebenen­ falls auch als ein einteiliger Käfigring ausgebildet sein können, sind hinsichtlich ihrer Dicke so ausgelegt, daß sie mit geringfügigem Spiel in dem zwischen der Kupplungshülse (22) und der Schaltmuffe (20) gebildeten Ringraum (42) (vgl. Fig. 1) Platz finden.

In der Kupplungshülse (22) sind zwei Ringnuten (44, 46) vorgesehen, deren Abstand s zueinander gleich dem Abstand s der beiden auf der Zeichnung Fig. 1 links befindlichen Kugelreihen von Kugeln (32) ent­ spricht. Die Ringnuten (44, 46) und die Kegelreihen sind so angeord­ net, daß in ausgekuppelter Stellung der Schaltmuffe (20) (obere Hälf­ te der Fig. 1) die besagten zwei Kugelreihen radial über den Ring­ nuten liegen. Die Breite b einer jeden Ringnut ist geringfügig größer als der Durchmesser der Kugeln (32). Die Ringnut (46) ist zur Stirn­ fläche der Kupplungshülse (22) offen.

Während in der Auskuppelstellung die Schaltmuffe (20) über die Axial­ nuten (28) und die Axialnuten (30) formschlüssig mit der Abtriebs­ welle (16) verbunden ist, kann sich die Kupplungshülse (22) relativ zur Abtriebswelle (16) verdrehen, wobei die auf der Zeichnung linken zwei Kugelreihen sich in Umfangsrichtung frei in den Ringnuten (44, 46) bewegen können. Durch einen geringfügigen Einstich am Nutengrund (Durchmesserverringerung) kann ein Abwälzen dieser Kugelreihen wie bei einem Kugellager vermieden werden (Eliminierung von Verschleiß und Geräuschen).

In der Einkuppelstellung, wobei die Schaltmuffe (20) durch ein nicht dargestelltes, an ihrer äußeren Ringnut (48) angreifendes Schaltele­ ment auf der Zeichnung Fig. 1 nach links verschoben wird, kommen die Kugeln (32) dieser beiden Kugelreihen mit den Axialnuten (24) der Kupplungshülse (22) in Eingriff (untere Hälfte der Zeichnung Fig. 1), wodurch die Differentialwirkung durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Ausgleichsgehäuse (14) und der Abtriebswelle (16) aufge­ hoben ist. Aufgrund der durch die Kugeln (32) bewirkten Wälzreibung zwischen den Axialnuten (24, 28, 30) kann auch bei einer Antriebsver­ spannung zwischen Ausgleichsgehäuse (14) und Abtriebswelle (16) mit geringen Schaltkräften durch entsprechendes Verschieben der Schalt­ muffe (20) ausgekuppelt werden.

Claims (6)

1. Kupplung mit einer Schaltmuffe zum formschlüssigen Verbinden eines Antriebselementes mit einem Abtriebselement, insbesondere zum Schalten einer Differentialsperre bei einem Differentialgetriebe in einem Kraftfahrzeug, wobei die Schaltmuffe auf dem einen Ele­ ment verschiebbar geführt ist und in der Schaltmuffe sowie im An­ triebselement und im Abtriebselement miteinander korrespondierende Vorsprünge und Ausnehmungen vorgesehen sind, die zumindest in der Einkuppelstellung miteinander in Eingriff stehen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltmuffe (20) und das Antriebs- und Abtriebs­ element (14, 16) nur mit Ausnehmungen (24, 28, 30) versehen sind und daß die Vorsprünge durch in die Ausnehmungen eingesetzte Wälz­ körper (32) gebildet sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ nehmungen Axialnuten (24, 28, 30) mit im wesentlichen halbkreis­ förmigem Querschnitt und die Wälzkörper Kugeln (32) sind.

3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltmuffe (20) zumindest vier Kugelreihen vorgesehen sind, von denen in der Einkuppelstellung je zwei Kugelreihen mit der An- und der Abtriebswelle zusammenwirken.

4. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (32) in einem Linear-Kugelkäfig (34) in definiertem Abstand zueinander geführt sind.

5. Kupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialnuten des An- oder Abtriebselementes durch zumindest eine Ringnut (44) unterbrochen sind, wobei die Breite b der Ringnut (44) größer als der Kugeldurchmesser ist und wobei in der ausge­ kuppelten Stellung eine Kugelreihe in radialer Überdeckung mit der Ringnut (44) steht.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je Kugel­ reihe der nur in Einkuppelstellung mit dem An- oder Abtriebsele­ ment in Eingriff befindlichen Kugelreihen eine Ringnut (44, 46) vorgesehen ist und das der Abstand s dieser Kugelreihen gleich dem Abstand s der Ringnuten (40, 46) ist.