DE3733153A1 - Vorrichtung zum wahlweisen zu- und abschalten des drehmomentenflusses an der welle von angetriebenen kraftfahrzeugraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum wahlweisen Zu­ und Abschalten des Drehmomentenflusses an der Welle von an­ getriebenen Kraftfahrzeugrädern mittels einer im Achskörper angeordneten Steckachsenverbindung, die über eine Schalt­ kupplung, deren Steuerorgane sich außerhalb des Achskörpers befinden, schaltbar ist.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Zu- und Abschalten des Drehmomentenflusses an Fahrzeugrädern bekannt. Die be­ kannten Einrichtungen weisen üblicherweise Nabenumschaltun­ gen, z.B. durch Klauenkupplungen auf. Diese bekannten Lösun­ gen zeigen in achsaußenseitiger Anbringung oder innerhalb der Radnabe integriert, gekapselte, pneumatisch, mechanisch oder hydraulisch betätigbare Schalteinrichtungen. Durch die am oder im Fahrzeugrad integrierte Schalteinheit mit Kupplungsklauen, Rückholfedern und irgendwie generiertem Pneumatikraum kann eine wahlweise lösbare Verbindung der An­ triebswelle mit dem dazugehörigen Kraftfahrzeugrad erzielt werden. Diese bekannten Einrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf. So ergibt sich durch die radaußenseitige An­ bringung der Schalteinrichtung eine Verbreiterung der Achse über das Normmaß hinaus. Bei der in der Radnabe integrierten Anordnung der Schalteinrichtung ergibt sich eine umständlich verschachtelte Anordnung der Schalt- und Kupplungselemente. Ebenfalls sind eine große Zahl von Abdichtungen gegenüber rotierenden Teilen notwendig. Ein weiterer Nachteil entsteht in der Schaffung von Zugangsmöglichkeiten für die benötigte Druckluftversorgung an den feststehenden Achsteilen, wobei un­ ter Umständen lange, dünne, fertigungstechnisch unerwünschte Bohrungen hergestellt werden müssen. Weiterhin gibt es kaum Durchgangsmöglichkeiten der Druckluftleitungen durch die Ebene der Planetenzahnräder bei achsaußenseitiger Schaltein­ richtung. Auch ist in praxi das Einbringen der Druckluft­ leitung in die sich drehende Steckwelle kaum realisierbar.

Es ist eine Vorrichtung zum Zu- und Abschalten des Drehmo­ mentenflusses an der Welle eines Kraftfahrzeugrades bekannt, bei der achseinseitig die Steckwelle der angetriebenen Achse geteilt und kuppelbar ist (EPA 00 35 324). Solcherart kann bei einem Fahrzeug mit Zweiradantriebsmodus der sogenannte Rück­ antrieb verhindert werden, der sich zwangsläufig einstellen muß, wenn im Übertragungsgehäuse sich eine Kupplung befin­ det, die den Drehmomentenfluß unterbricht und dahinter eine Feststellvorrichtung zur Stillegung der Hilfsausgleichswelle und damit des Differentialgehäuses angeordnet ist. Diese be­ kannte Einrichtung weist insofern erhebliche Nachteile auf, als das Differentialgehäuse mitdrehen muß, was zu erhöhten Planschverlusten und Wirkungsgradreduzierungen führen muß. Weiterhin ist eine Differentialsperre mit den Mitteln dieser Einrichtung nicht erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den globalen, me­ chanischen Wirkungsgrad eines Mehrachs-Fahrzeug-Antriebs­ stranges durch bedarfsorientierte Stillegung der Antriebs­ verbindung zu den zugeordneten Rädern der jeweilig ab- oder zuzuschaltenden Antriebsachse unter Verzicht auf Eingriffe im Radnabenbereich zu verbessern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Steck­ achsenverbindung zwei Steckachsen umfaßt, deren jede einer­ ends mit den Differentialkegelrädern drehfest verbunden und anderenends in einem Differentialgehäuse radial geführt ist, daß zu den Antriebsrädern führende Doppelgelenkwellen vorgesehen sind, die mit ihren dem Differential zugewandten Enden in Innenbohrungen der Steckachsenenden drehbar gelagert sind und daß die Steckachsenenden und die Endbereiche der Doppelge­ lenkwellen über bereichsweise im Achskörper angeordnete Schaltkupplungen miteinander in Eingriff bringbar sind. Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise eine Reduzierung der Leerlaufeinsatzzeiten des stillgelegten Antriebsstranges, was wiederum auf eine Erhöhung der Lebensdauer zielt. Wei­ terhin wird eine Verbesserung des globalen Wirkungsgrades durch Entfall der anteiligen Lagerreibungs- und Zahnein­ griffsverluste sowie Ölplanschverluste erzielt. Als weiterer Nutzen ergibt sich eine Reduzierung des Kraftstoffverbrau­ ches durch den Entfall der notwendigen Leistung zur Rota­ tionsbeschleunigung des mitdrehenden Antriebsstranges bei instationärer Fahrweise. Die Vorrichtung ermöglicht die Stillegung des gesamten Antriebsstranges vom Getriebeausgang inklusive Achsdifferential-Kegelgetriebe und anteiliger Steck­ achse bis zu der mit den entsprechenden Schaltelementen ver­ sehenen Trennstelle, wodurch pneumatische oder hydraulische Betätigung zweier Klauenkupplungen die Steckachsen mit den Steckwellen wahlweise gelöst oder verbunden werden können. Durch die Anbringung von Schaltkupplungen und Schnittstellen im Differentialbereich wird ein Eingriff in den konstruktiv sensiblen Gelenkbereich der angetriebenen Vorderachsen vermieden.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der Steck­ achsenverbindung auf der einen Seite eine 2-Stellungs­ schaltkupplung und auf der anderen Seite eine 3-Stellungs­ schaltkupplung zugeordnet, wobei über die erstere Steckachse und Doppelgelenkwelle wahlweise in oder außer Eingriff bring­ bar sind, während mittels letzterer, als doppelgabelige Schaltkupplung ausgeführt, Steckachse und Doppelgelenkwelle wie auch Steckachse und Differentialgehäuse wahlweise in oder außer Eingriff bringbar sind. Solcherart ist als weite­ rer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung die Schaltung einer Differentialsperre möglich.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Steuerorga­ ne der Schaltkupplungen außerhalb des Achskörpers angeord­ net. Dies ermöglicht einen problemlosen Zugang zu den sensib­ len Verschleißteilen der Kupplung, ohne daß eine umfangrei­ chere Demontage der Antriebsachse erfolgen muß.

Weitere Vor- und Nachteile der Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Es zeigt die einzige Figur eine Antriebsachse für Kraftfahr­ zeuge im Teilschnitt mit einem Achskörper 23 und einem Pla­ netenraddifferentialgetriebe, in dem Steckachsen 3 und 25 angeordnet sind, die am Ausgang des Differentialgehäuses 24 eine Keilwellenverzahnung zur Aufnahme der Klauenkupplung 1 bzw. der axial verschiebbaren Doppelschaltmuffe 2 aufweisen. Gegen Axialverschiebung auf der linksseitigen inneren Steck­ achse 3 wird die Klauenkupplung 1 durch einen Drahtring gesichert. Die Sicherung der Axialverschiebung der inneren Steckachsen zur Achsinnenseite ist durch die Druckscheiben 26 gegenüber dem Differentialgehäuse 24 gewährleistet. Zur Achs­ außenseite wird die mögliche Axialverschiebung durch die Scheiben 27 und die Sicherungsringe 28 gegenüber den Diffe­ rentialkegelrädern 30 begrenzt. Die radiale Führung der in­ neren Steckachsen erfolgt in den Differentialkegelrädern 30 und in der Gleitlagerung im Differentialgehäuse 24.

Die achsinnenseitigen Wellenenden der Doppelgelenkwellen 4 und 29 sind mit entsprechenden Zapfen in den Nadellager 32 aufweisenden Innenbohrungen 31 am Ende der Steckwellen 3 und 25 zentriert und gelagert. Die entsprechenden äußeren Keil­ wellenverzahnungen auf den Wellenenden der Doppelgelenkwel­ len 4, 29 nehmen die axial verschiebbaren Schaltmuffen 5 auf. Auf der rechten Seite des Achskörpers 23 ist für die Schaltung der Klauenkupplung 1 eine eingabelige, druckluft­ beaufschlagbare, in das Achsgehäuse integrierte Schaltkupp­ lung 11, bestehend aus einer Ausrückfeder 35, einer Schalt­ gabel 36, einer Schaltstange 37, einer Stellschraube 38, ei­ nem Schaltkolben 39, Schaltzylinder 40 und Deckel 41, vorge­ sehen.

Auf der linken Seite des Achskörpers 23 ist für die Schal­ tung der Doppelklauenkupplung 5, 1 am Achsgehäuse gegenüber dem Antriebsflansch eine doppelgabelige, druckluftbeauf­ schlagbare Schaltkupplung 10 vorgesehen. Diese besteht aus einem Schaltzylinder 6, einem Deckel 20, einem Schaltkolben 7, einer Führungsstange 9, Schaltgabeln 14 und 17, einer Distanz­ buchse 15, einer Ausrückfeder 17, Dichtungsringen 8 und 19, Einstellscheiben 12 und 13 und einer Gewindebuchse 18. Zur Betätigung der Differentialsperre ist das Differentialgehäu­ se 24 mit der durch den Drahtring 21 gesicherten Klauenkupp­ lung 1 ausgerüstet.

Funktionen

Im ausgekuppelten Zustand der Steckachsen ist der Drehmomen­ tenfluß zum jeweiligen Rad unterbrochen. Achsrechtsseitig ist die Schalteinheit drucklos, die Ausrückfeder drückt die Schaltgabel gegen den Anschlag nach rechts, die Schaltmuffe 5 der Doppelgelenkwelle 29 ist von der Klauenkupplung 1 der inneren Steckwelle 25 getrennt. Achslinksseitig ist die Schaltkupplung 10 ebenfalls drucklos, die Ausrückfeder 15 drückt die beiden Schaltgabeln 14 und 17 jeweils gegen die Zylinderdeckel 20 bis zum Anschlag. Die Doppelschaltmuffe 2 befindet sich hierbei im Eingriff mit der Klauenkupplung 1 des Differentialgehäuses 24 einerseits und getrennt von der Schaltmuffe 5 der Doppelgelenkwelle 4 andererseits.

Im eingekuppelten Zustand der Steckachsen ist der Drehmomen­ tenfluß zum jeweiligen Rad geschlossen. Achsrechtsseitig ist die Schaltkupplung 11 druckbeaufschlagt; gegen den Druck der Ausrückfeder 35 wird die Schaltgabel 36 um den Hub "A" bis zum Anschlag des Schaltkolbens an die Ge­ häusewand nach links gedrückt. Die Schaltmuffe 5 der Doppel­ gelenkwelle 29 ist mit der Klauenkupplung 1 der inneren Steckwelle 25 in Eingriff. Achslinksseitig wird die Schaltkupplung 10 rechtsseitig druckbeaufschlagt; gegen den Druck der Ausrückfeder 15 wird die rechte Schaltgabel um den Hub "B" gegen den Anschlag 15 der linken Schaltgabel 14 gedrückt. Die Doppelschaltmuffe 2 kuppelt hierbei aus der Klauenkupplung 1 der Differential­ sperre aus und in die Schaltmuffe 5 der Doppelgelenkwelle 4 ein. Die innere Steckwelle 3 ist jetzt mit der Doppelgelenk­ welle 4, unter Umgehung der Differentialsperre, verbunden.

Eingekuppelter Zustand mit Differentialsperre; hierbei er­ folgt achsrechtsseitig keine Änderung. Achslinksseitig ist die Schaltkupplung 10 auf der rechten Seite drucklos, die Doppelschaltmuffe 2 ist in Eingriff mit der Klauenkupplung 1 des Differentialgehäuses 24. Durch linksseitige Druckbeaufschlagung der Schaltkupplung 10 wird gegen den Druck der Ausrückfeder 15 die linke Schaltgabel 14 um den Hub "B" gegen den Anschlag der rechten Schaltgabel 17 gedrückt. Die Schaltmuffe 5 der Doppelgelenkwelle 4 kuppelt hierbei mit der sich bereits mit der Klauenkupplung 1 des Differentialgehäuses 24 in Eingriff befindlichen Doppel­ schaltmuffe 3. Somit sind die innere Steckwelle 3, das Dif­ ferentialgehäuse 23 und die äußere Doppelgelenkwelle 4 mit­ einander verbunden und die Differentialsperre kann zur Wir­ kung kommen.

Aus- und Einkuppeln kann nur nahezu im Stand bzw. in Schrittge­ schwindigkeit erfolgen. Einstellmöglichkeiten der Kupplungs­ hübe "A", "B" sind an der rechtsseitigen Schalteinheit über die Stellschraube 38, an der linksseitigen Schaltkupp­ lung über Beilagscheiben 12, 13 gegeben. Die linksseitige - Schaltkupplung 10 kann vollständig vormontiert, inklusive der Schaltgabeln 14 und 17 auf eine entsprechende Flansch­ fläche des Achskörpers 23 aufgesetzt und verschraubt werden. Ebenfalls die rechtsseitige Schaltkupplung 11 kann in den Achskörper 23 vollständig vormontiert werden.

Für Achsen ohne Drehmomentabschaltung werden die Flanschflä­ chen mit Blinddeckeln verschlossen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum wahlweisen Zu- und Abschalten des Drehmo­ mentenflusses an der Welle von angetriebenen Kraftfahr­ zeugrädern mittels einer im Achskörper angeordneten Steck­ achsenverbindung, die über eine Schaltkupplung, deren Steuerorgane sich außerhalb des Achskörpers befinden, schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Steckachsenverbindung zwei Steckachsen (3, 25) umfaßt, deren jede einerends mit den Differentialkegelrä­ dern (30) drehfest verbunden und anderenends in einem Differentialgehäuse (24) radial geführt ist,
• - daß zu den Antriebsrädern führende Doppelgelenkwel­ len (4, 29) vorgesehen sind, die mit ihren dem Diffe­ rential zugewandten Enden in Innenbohrungen (31) der Steckachsenenden drehbar gelagert sind
• - und daß die Steckachsenenden und die Endbereiche der Doppelgelenkwellen (4, 29) über bereichsweise im Achs­ körper (23) angeordnete Schaltkupplungen (10, 11) mit­ einander in Eingriff bringbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckachsenverbindung auf der einen Seite eine 2-Stellungs-Schaltkupplung (11) und auf der anderen Seite eine 3-Stellungs-Schaltkupplung (10) zugeordnet ist, wobei über die erstere (11) Steckachse (25) und Dop­ pelgelenkwelle (29) wahlweise in oder außer Eingriff bringbar sind, während mittels letzterer (10), als dop­ pelgabelige (14, 17) Schaltkupplung ausgeführt, Steckach­ se (3) und Doppelgelenkwelle (4) wie auch Steckachse (3) und Differentialgehäuse (24) wahlweise in oder außer Ein­ griff bringbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerorgane der Schaltkupplungen (10, 11) außerhalb des Achskörpers (23) angeordnet sind.

4. Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerorgan der einen Schaltkupp­ lung (11) eine Schaltgabel (36), eine Schaltstange (37), eine Ausrückfeder (35), eine Stellschraube (38), einen Kolben (39), einen Schaltzylinder (40) und einen Deckel (41) umfaßt, wobei das freie Gabelende der Schaltgabel (36) in die Schiebenut der auf dem Endbereich der einen Gelenk­ welle (29) längsverschiebbar angeordneten Schaltmuffe (5) eingreift.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerorgan der anderen zweigabeligen Schaltkupplung (10), Schaltgabeln (14, 17), Schaltzylinder (6), Deckel (20), Schaltkolben (7), eine Führungsstange (9), eine Distanzbuchse (15), eine Ausrückfeder (16), eine Ge­ windebuchse (18), Dichtungsringe (19) und Einstellschei­ ben (12, 13) umfaßt, wobei die freien Gabelenden der Ga­ bel (14, 17) in die Schiebenuten der auf dem Endbereich der anderen Gelenkwelle (4) längsverschiebbar angeordne­ ten Schaltmuffe (5) und der längsverschiebbaren Doppel­ schaltmuffe (2) eingreifen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffen (5) ra­ dial fixiert aber längsverschieblich in den Endbereichen der Doppelgelenkwellen (4, 29) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelschaltmuffe (2) radial fixiert aber längsverschieblich auf dem äußeren Ende einer Steckachse (3) angeordnet ist und die Schalt­ muffe auf beiden Seiten Klauen aufweist, die wahlweise mit Klauen der Schaltmuffe (5) oder mit den Klauen der mit dem Differentialgehäuse (24) drehfest und axial fi­ xierten Klauenkupplung (1) in Eingriff bringbar sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klauenkupplung (1) drehfest und axial fixiert auf dem äußeren Ende der Steck­ achse (25) angebracht ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane der Schaltkupplungen (10, 11) mit Druckluft oder Öl betätig­ bar sind.