DE3740243A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer eine mit kraftschluss arbeitende kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine mit Kraftschluß arbeitende Kupplung, z.B. Lamellenkupplung, insbesondere für eine Kupplung, welche in einem Verteiler­ getriebe eines Kraftfahrzeuges eine kraftschlüssige Verbin­ dung zwischen verschiedenen Achsen bzw. zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeuges automatisch bzw. rechner­ gesteuert herstellt oder unterbricht, mit einem Stellaggre­ gat, welches die Kupplung bei Beaufschlagung mit einer Betätigungskraft schließt bzw. bei Wegnahme der Betätigungs­ kraft öffnet.

Es gibt bereits Kraftfahrzeuge, bei denen in normalem Betrieb lediglich eine Achse, beispielsweise die Hinterachse, angetrieben und bei besonderen Fahrzuständen eine andere Achse, beispielsweise die Vorderachse, antriebsmäßig zuge­ schaltet werden. Die Steuerung der Zuschaltung erfolgt automatisch mittels eines Rechners, welcher auf Drehzahl­ unterschiede zwischen den Rädern der ständig angetriebenen Achse und den Rädern der antriebsmäßig zuschaltbaren Achse reagiert. Sobald die Drehzahldifferenz einen Schwellwert überschreitet, wird die Kupplung im Verteilergetriebe zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen der ständig angetriebe­ nen und der zuschaltbaren Achse geschlossen.

Die antriebsmäßige Einschaltung der zuschaltbaren Achse soll möglichst ohne Verzögerung erfolgen können, um ein sicheres und komfortables Fahrverhalten zu gewährleisten. Bei verzögerungsfrei arbeitender Kupplung kann nämlich gewährleistet werden, daß die zuschaltbare Achse bereits bei relativ geringen Drehzahlunterschieden zwischen den Rädern der ständig angetriebenen und den Rädern der zuschalt­ baren Achse antriebsmäßig wirksam wird, bevor sich das Fahr­ zeug aufgrund durchrutschender Räder der ständig angetriebe­ nen Achse merklich verlangsamt hat.

Da die bisherigen Betätigungsvorrichtungen für Kupplungen nicht im wünschenswerten Maße verzögerungsfrei arbeiten, ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Betätigungs­ vorrichtung mit besonders geringer Reaktionszeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Betätigungs­ vorrichtung der eingangs angegebenen Art das Stellaggregat dauernd mit einer Vorspannkraft beaufschlagbar ist, um die den Kraftschluß übertragenden Kupplungselemente bzw. -lamellen - auch bei geöffneter Kupplung - gegeneinander vorzuspannen.

Erfindungsgemäß wird also zwischen den Kupplungselementen auch bei geöffneter Kupplung ein schwacher Reibschluß auf­ rechterhalten, so daß das Stellaggregat zum Schließen der Kupplung praktisch wegfrei arbeiten und die die Kupplung schließende Stellkraft mit geringstmöglicher Verzögerungszeit auf die Kupplungselemente übertragen kann.

Bei der Erfindung wird die Erkenntnis berücksichtigt, daß - wie im eingangs beschriebenen Falle einer zuschaltbaren An­ triebsachse eines Kraftfahrzeuges - oftmals zwischen Eingangs- und Ausgangsseite einer mit Kraftschluß arbeitenden Kupplung auch im geöffneten Zustand derselben nur geringe Drehzahl­ unterschiede auftreten können, weil die genannte Kupplung bei Überschreitung eines Schwellwertes der Differenz zwischen den eingangs- und ausgangsseitigen Drehzahlen geschlossen wird, um einen Gleichlauf zwischen Eingangs- und Ausgangs­ seite zu erzwingen. Obwohl die erfindungsgemäße Betätigungs­ vorrichtung die den Kraftfluß übertragenden Kupplungs­ elemente auch bei geöffneter Kupplung dauernd mit der Vorspann­ kraft gegeneinander beaufschlagt, so daß die Kupplung etwas "schleift", ist aufgrund der bei geöffneter Kupplung allen­ falls geringen Drehzahldifferenzen zwischen Eingangs- und Ausgangsseite der Kupplung kein merklicher Verschleiß zu befürchten.

Mit der Erfindung wird also der Vorteil einer verzögerungs­ freien Kupplungsbetätigung erzielt, ohne den Nachteil eines erhöhten Verschleißes in Kauf nehmen zu müssen, welcher an sich zu erwarten wäre, weil zwischen den Kupplungselementen auch im geöffneten Zustand der Kupplung ein Kraft- bzw. Reibschluß vorliegt.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Stellaggregat ein Ver­ dränger- bzw. Kolben-Zylinder-Aggregat angeordnet ist, dessen Verdränger bzw. Kolben in seiner die Kupplung schließenden Bewegungsrichtung mittels mechanischer Federung vorspannbar ist.

Aufgrund dieser Bauweise können bekannte pneumatische oder - insbesondere - hydraulische Betätigungsvorrichtungen praktisch ohne konstruktive Abänderungen verwendet werden, im Arbeitsraum des Verdrängers bzw. Kolbens müssen lediglich zusätzlich die Elemente der Federung untergebracht werden.

Für seltene Sonderfälle kann es zweckmäßig sein, wenn eine Möglichkeit besteht, die Kupplungselemente im geöffneten Zustand der Kupplung von der Vorspannkraft zu entlasten, um beispielsweise bei einem Fahrzeug mit selbsttätig zuschal­ tender weiterer Antriebsachse den Antriebsstrang zur ständig angetriebenen Achse separat prüfen zu können oder um das Fahrzeug auf einer Achse ohne antriebsmäßige Kopplung der­ selben mit der anderen Achse abzuschleppen. Aus diesem Grunde ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Stellaggregat mit­ tels einer selbsthemmenden Arretieranordnung in eine gegen die Vorspannkraft verschobene Lage verstellbar und in dieser Lage festlegbar ist.

Dabei kann die Arretieranordnung einen im Gehäuse des Stellaggregates an bzw. in einem Gewindeteil schraubver­ schiebbaren Anschlag besitzen, welcher sich durch Drehung aus einer unwirksamen Lage unter Mitnahme des Stellaggre­ gates in eine Arretierlage verschieben läßt, in der das Stellaggregat seine gegen die Vorspannkraft verschobene Lage einnimmt. Bei dieser Bauart ist bei entsprechender Bemessung der Steigung des Gewindeteiles die gewünschte Selbsthemmung automatisch gegeben, weil durch die auf das Stellaggregat weiterhin einwirkende Vorspannkraft eine relativ starke Reibung zwischen dem Gewindeteil und dem daran bzw. darin schraubverschiebbaren Anschlag bewirkt wird.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung sowie, in schematischer Darstellung, eine damit betätigte Lamellen­ kupplung und hydraulische Steuerungsorgane für die Betätigungsvorrichtung und

Fig. 2 eine Achsansicht der Betätigungsvorrichtung entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1 in Verbindung mit einer entfernt angeordneten Handhabe, die über Seilzug mit einer Arretierung der Betätigungs­ vorrichtung verbunden ist.

Eine insgesamt mit 1 bezeichnete Lamellenkupplung gestattet es, zwei Wellen 2 und 3 miteinander antriebsmäßig zu verbin­ den bzw. voneinander zu trennen. Dazu sind an der Welle 2 bzw. einem damit fest verbundenen Teil axial verschiebbare Innenlamellen 4 drehfest angeordnet, die mit axial verschieb­ baren Außenlamellen 5 zusammenwirken, welche in einem mit der Welle 3 fest verbundenen Hohlrad od.dgl. drehfest angeordnet sind. Mittels eines axial verschiebbaren hülsenförmigen Druck­ stückes 6 können die Innen- und Außenlamellen 4 und 5 axial gegeneinander gepreßt werden, wenn das Druckstück 6 mit einer Kraft in Pfeilrichtung K beaufschlagt wird. Damit wird die Lamellenkupplung 1 geschlossen bzw. geschlossen gehalten. Bei Wegnahme bzw. hinreichender Verminderung der genannten Kraft wird die Lamellenkupplung 1 geöffnet.

Das Druckstück 6 ist Teil einer Betätigungsvorrichtung 7 der Lamellenkupplung 1. Die Betätigungsvorrichtung 7 besitzt ein von der Welle 2 durchsetztes Gehäuse 8, in welchem ein zur Achse der Welle 2 konzentrischer Ringraum 9 untergebracht ist. Im Ringraum 9 ist ein Ringkolben 10 gleitverschiebbar angeordnet, welcher die der Lamellenkupplung 1 zugewandte offene Stirnseite des Ringraumes 9 abschließt.

Der Ringkolben 10 ist innerhalb des Ringraumes 9 undrehbar gehaltert. Dazu dienen an der in Fig. 1 linken geschlossenen Stirnseite des Ringraumes 9 gehalterte, zur Achse der Welle 2 parallele Stifte 11, welche mit stirnseitigen Bohrungen 12 im axial verschiebbaren Ringkolben 10 zusammenwirken.

Zwischen der in Fig. 1 linken Stirnseite des Ringraumes 9 und der zugewandten Stirnfläche des Ringkolbens 10 sind Schraubendruckfedern 13 eingespannt, die innerhalb des Ring­ raumes mehrfach mit untereinander gleichen Abständen in Um­ fangsrichtung des Ringraumes 9 angeordnet sind. Die Schrauben­ druckfedern 13 beaufschlagen den Ringkolben 10 mit einer den­ selben in Fig. 1 nach rechts drängenden Vorspannkraft.

Über eine Gehäusebohrung 14 bzw. eine Anschlußleitung 15 ist der Ringraum 9 mit einem Schaltventil 16 verbunden, welches den Ringraum 9 in der dargestellten Schaltstellung über eine Drossel 17 mit einem Reservoir 18 für Hydraulik­ medium verbindet. In seiner anderen Schaltstellung verbin­ det das Schaltventil 16 den Ringraum 9 mit einer saugseitig an das Reservoir 18 angeschlossenen Hydraulikpumpe 19, in deren Druckleitung eine Drossel 20 angeordnet ist.

Je nach Schaltstellung des Ventiles 16 wird also im Ringraum 9 ein hydraulischer Druck auf- bzw. abgebaut, wobei das zeitliche Verhalten von Druckanstieg bzw. Druckabfall im Ringraum 9 durch die Drosselwiderstände der Drosseln 17 und 20 bestimmt wird. Durch den hydraulischen Druck im Ringraum 9 wird auf den Ringkolben 10 eine Stellkraft aus­ geübt, welche den Ringkolben 9 - ebenso wie die Vorspann­ kraft der Federn 13 - in Fig. 1 nach rechts zu schieben sucht.

Auf der vom Ringraum 9 abgewandten Stirnseite des Ringkolbens 10 ist zwischen demselben und dem hülsenförmigen Druckstück 6 ein ringförmiges Axiallager 21 angeordnet, welches eine weitestgehend reibungsfreie Drehung des Druckstückes 6 relativ zum Ringkolben 10 ermöglicht. Das Axiallager 21 wird zwischen dem Ringkolben 10 und dem Druckstück 6 spielfrei gehalten, da das Druckstück 6 mittels einer Tellerfeder 22 gegen den Ringkolben 10 bzw. das zwischen Ringkolben 10 und Druckstück 6 angeordnete Axiallager 21 gespannt ist. Die Kraft der Tellerfeder 22 ist geringer als die von den Schraubendruck­ federn 13 in entgegengesetzter Richtung auf den Ringkolben 9 ausgeübte Gesamtkraft.

Im Gehäuse 8 ist an dessen äußerer Innenwand ein Gewinde bzw. ein Gewindeteil 23 stationär angeordnet, in dessen Innengewinde eine Hülse 24 mit Außengewinde schraubverschieb­ bar angeordnet ist. Dementsprechend läßt sich die Hülse 24 durch Drehung axial verschieben. Dabei kann die Hülse 24 aus einer Normallage, in der die einander zugewandten Stirnseiten von Ringkolben 9 und Hülse 24 voneinander dauernd beabstandet bleiben, in eine Arretierlage - in Fig. 1 nach links - ver­ schoben werden. Bei dieser Verschiebung legt sich die Hülse 24 mit ihrem in Fig. 1 linken Stirnrand auf die zugewandte Stirnseite des Ringkolbens 10 auf und nimmt denselben bis in dessen in den Ringraum 9 vollständig eingeschobene Endlage bzw. eine Nachbarlage mit.

Die Steigung der miteinander zusammenwirkenden Gewinde von Gewindeteil 23 und Hülse 24 ist derart bemessen, daß die den Ringkolben 9 in Fig. 1 nach rechts drängenden Kräfte der Schraubendruckfedern 13 und des gegebenenfalls im Ringraum 9 anstehenden hydraulischen Druckes eine Selbsthemmung der Hülse 24 im Gewinde bzw. Gewindeteil 23 bewirken.

An der Hülse 24 ist ein das Gehäuse 8 nach außen durchsetzen­ der, zur Achse der Welle 2 radialer Hebel 25 fest angeordnet, welcher seinerseits über einen beispielsweise als Bowdenzug ausgebildeten Seilzug, über ein Gestänge oder in sonstiger Weise mit einem manuell zwischen zwei Rastlagen verstellbaren Betätigungshebel 26 antriebsgekoppelt ist. Wird der Betäti­ gungshebel 26 in Richtung seiner einen Rastlage verstellt, so dreht sich die Hülse 24 unter axialer Verschiebung in der einen Richtung. Bei Verstellung des Betätigungshebels in Richtung der anderen Rastlage dreht sich die Hülse 24 unter entsprechender axialer Verschiebung in entgegengesetzter Richtung. Dabei sind die Rastlagen des Betätigungshebels 26 der vom Ringkolben 10 beabstandeten Normallage der Hülse 24 bzw. der gegen den Ringkolben 10 vorgeschobenen, in Fig. 1 dargestellten Lage der Hülse 24 zugeordnet.

Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt:

Im Normalfall ist die Hülse 24 aus der in Fig. 1 dargestell­ ten Lage derart weit nach rechts verschoben, daß zwischen der Hülse 24 und dem Ringkolben 10 in allen möglichen Lagen des­ selben ein axialer Abstand verbleibt.

Aufgrund der Schraubendruckfedern 13, deren den Ringkolben 10 und damit auch das Druckstück 6 in Fig. 1 nach rechts drängen­ de Gesamtkraft größer ist als die entgegenwirkende Kraft der Tellerfeder 22, wird das Druckstück 4 dauernd mit begrenzter Kraft gegen die Lamellen 4 und 5 gespannt, so daß die Innen­ lamellen 4 und die Außenlamellen 5 spielfrei aufeinander auf­ liegen und auch dann ein gewisser begrenzter Reibschluß zwi­ schen den Lamellen 4 und 5 vorliegt, wenn im Ringraum 9 keiner­ lei hydraulischer Druck ansteht. Dies ist der normale geöff­ nete Zustand der Lamellenkupplung 1.

Sobald durch entsprechende Steuerung des Schaltventiles 16 der Ringraum 9 mit hydraulischem Druck beliefert wird, wird der Ringkolben 10 mit erhöhter Kraft in Fig. 1 nach rechts gedrängt. Dementsprechend beaufschlagt das Druckstück 6 die Lamellen 4 und 5 mit entsprechend erhöhter Kraft, d.h. die Lamellenkupplung 1 wird geschlossen bzw. geschlossen gehalten.

Da die Lamellen 4 und 5 der Lamellenkupplung 1 auch in deren normal geöffneten Zustand spielfrei aufeinanderliegen, brau­ chen der Ringkolben 9 sowie das Druckstück 6 praktisch keiner­ lei Verschiebung auszuführen, um die Lamellenkupplung 1 zu schließen. Der Schließvorgang der Lamellenkupplung 1 setzt dementsprechend praktisch verzögerungsfrei ein. Eine Rest­ verzögerung aufgrund der Volumenselastizität des Hydraulik­ mediums sowie der elastischen Nachgiebigkeit der Wandungen des Ringraumes 9 bzw. des Kolbens 10 sowie des Druckstückes 6 kann vernachlässigt werden.

Um gegebenenfalls jeglichen Kraftschluß zwischen den Innen und Außenlamellen 4 und 5 zu vermeiden, kann die Hülse 24 mittels des Betätigungshebels 26 in die in Fig. 1 darge­ stellte Lage gebracht werden, bei der der Ringkolben 10 weitestgehend nach links verschoben und das Druckstück 6 durch die Tellerfeder 22 von den Lamellen 4 bzw. 5 abgehoben wird.

Claims (8)

1. Betätigungsvorrichtung für eine mit Kraftschluß arbeitende Kupplung, z.B. Lamellenkupplung, insbesondere für eine Kupplung, welche in einem Verteilergetriebe eines Kraft­ fahrzeuges eine kraftschlüssige Verbindung zwischen verschiedenen Achsen bzw. zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeuges automatisch bzw. rechnergesteuert herstellt oder unterbricht, mit einem Stellaggregat, welches die Kupplung bei Beaufschlagung mit einer Betäti­ gungskraft schließt bzw. bei Wegnahme der Betätigungskraft öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat (6, 9, 10) dauernd mit einer Vorspann­ kraft beaufschlagbar ist, um die den Kraftfluß übertragen­ den Kupplungselemente bzw. -lamellen (4, 5) auch bei geöff­ neter Kupplung (1) gegeneinander vorzuspannen.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Stellaggregat ein Verdränger- bzw. Kolben-Zylinder-Aggregat (9, 10) angeordnet ist, dessen Verdränger bzw. Kolben (10) in seiner die Kupplung (1) schließenden Bewegungsrichtung (K) mittels mechanischer Federung (13) vorspannbar ist.

3. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat mittels einer selbsthemmenden Arretieranordnung (24) in eine gegen die Vorspannkraft verschobene Lage verstellbar und in dieser Lage festlegbar ist.

4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretieranordnung einen im Gehäuse (8) des Stellaggregates an bzw. in einem Gewindeteil (23) schraubverschiebbaren Anschlag (Hülse 24) besitzt, welcher sich durch Drehung aus einer unwirksamen Lage unter Mitnahme des Stellaggregates in eine Arretier­ lage verschieben läßt, in der das Stellaggregat seine gegen die Vorspannkraft verschobene Lage einnimmt.

5. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (Hülse 24) mit einer entfernt angeordneten Handhabe (Betätigungshebel 26) gekoppelt ist.

6. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschlag (Hülse 24) ein zur Achse des Gewindeteiles (23) radialer, mit der Hand­ habe (Betätigungshebel 26) gekoppelter Hebel (25) ange­ ordnet ist.

7. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (Hülse 24) und die Handhabe (Betätigungshebel 26) durch Seilzug oder Gestänge verbunden sind.

8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Handhabe verrastbar ist.