DE4202152C2 - Kupplung für beide Drehrichtungen mit fliehkraftgesteuerter Freilaufwirkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmrollenkupplung für beide Drehrichtungen, bestehend aus einem Außenring mit einer zylindrischen inneren Kuppelfläche, einem Innenring mit über seinem äußeren Umfang verteilten Ausnehmungen mit Anlauframpen in beiden Richtungen zur Aufnahme von Klemmrollen, und einem Käfig, der in reibschlüssige Verbindung mit dem Außenring bringbar ist.

Bei allradangetriebenen Kraftfahrzeugen mit einer über eine schlupfgesteuerte Kupplung angetriebenen zweiten Treibachse (meist die Hinterachse) besteht das Problem, daß die Hinterrä­ der durch die Verbindung mit den Vorderrädern zum Überbremsen neigen und so die Bodenhaftung verlieren, was zum Ausbrechen des Fahrzeuges führt. Besonders kritisch sind die Verhältnisse bei Blockierbremsungen bzw. bei Verwendung eines ABS.

Um dem unter Vermeidung einer gesteuerten Trennkupplung entge­ genzuwirken, ist die zusätzliche Verwendung eines Freilaufes üblich. Dieser hat aber den Nachteil, daß er für allradgetrie­ bene Rückwärtsfahrt überbrückt werden muß. Alternativ dazu verwendet man einen Doppelfreilauf, der die Übertragung von Antriebskräften vorwärts und rückwärts ermöglicht.

Dieser hat jedoch den Nachteil, sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt im Schleppbetrieb (Motorbremsung) zu entkuppeln, was im Gelände und auf vereisten Bergstraßen zu gefährlichen Situationen führen kann.

Aus der DE-A 27 40 638 ist ein Doppelfreilauf mit Klemmrollen bekannt, der die Übertragung von Antriebskräften auf die zweite Triebachse durch das Zusammenwirken einer Reibverbindung zwischen dem der zweiten Triebachse zugehörigen Glied und einem Klemmrollenkäfig bewirkt. Beim Überholen dieses Gliedes verhindert ein Klinkenmechanismus, der über eine weitere Reibverbindung zum feststehenden Gehäuse gesteuert ist, daß sich der Klemmrollenkäfig in die Position bewegt, in der Bremsmomente von der zweiten Triebachse zum Verteilergetriebe übertragen werden können, die zweite Triebachse läuft also frei.

Ein anderer in beiden Drehrichtungen wirkender Klemmrollenfreilauf ist aus der EP-B 1 64 183 bekannt. Dort werden die Klemmrollen durch eine Zugfeder in Ausnehmungen des Innenringes gezogen, so daß bei niederer Drehzahl überhaupt keine Verbindung besteht, bei hoher Drehzahl aber in beiden Richtungen.

Auch in dem aus der EP-A 4 36 270 bekannten Klemmrollenfreilauf erfolgt die Sperrung unabhängig von der Drehzahl und der Momentenflußrichtung, nur in Abhängigkeit vom Drehsinn.

Aus der DE-PS 40 27 209 ist eine Vorrichtung zum Verriegeln eines Klemmrollenfreilaufs zwischen einer ersten und einer zweiten Antriebsachse bekannt, bei der das erste Antriebselement eine Anzahl am Umfang verteilter Durchbrüche aufweist, in denen Sperrelemente radial verschiebbar gelagert sind, die zur drehfesten Verbindung vom ersten und zweiten Antriebselement teilweise in zu den Durchbrüchen korrespondierende Ausnehmungen des zweiten Antriebselements überführbar sind. Ein axialverschiebliches, federbeaufschlagtes Schaltelement ist in koaxialer Anordnung zu den Antriebselementen mit einer Sperrfläche zur Verlagerung der Sperrelemente vorgesehen. Das Schaltelement ist durch radial verlagerbare Fliehmassen bei Überschreiten einer bestimmten Nenndrehzahl axial verschiebbar und hebt die drehfeste Verbindung der Antriebselemente auf.

Eine weitere Klemmrollenkupplung, die mit Fliehkraft geschaltet wird, ist aus der DE-OS 40 03 220 bekannt. Hier ist zwischen dem Innenring und dem Außenring ein auf den Käfig einwirkendes Schaltorgan vorgesehen, daß die jeweilige Kupplungseinrückstellung hervorruft. Das Schaltorgan ist den jeweiligen Schaltstellungen entsprechend geführt und wird nach außen durch Fliehkraft und nach innen durch eine Rückstellfeder beaufschlagt.

Schließlich ist aus der DE-AS 11 93 316 eine Klemmrollenkupplung bekannt, bei der an einem hülsenförmigen Fortsatz des Klemmrollenkäfigs mehrere Bremsschuhe angebracht sind, die eine Bremsfläche umgeben, die auf einer gestellfesten Hülse vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine in beiden Richtungen wirkende Klemmrollenkupplung zu schaffen, die ohne Einwirkung von außen, (z. B. Reibschluß zu einem Gehäuse) nur bei Vorwärtsfahrt mit höherer Geschwindigkeit als Freilauf wirkt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch gelöst, daß für die reibschlüssige Verbindung des Käfigs mit dem Außenring Bremsschuhe vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung fest und in im wesentlichen radialer Richtung beweglich mit dem Außenring verbunden und von mindestens einer Feder an den Käfig oder an ein mit diesem verbundenes Teil gedrückt werden und daß der Käfig über eine Käfighaltefeder mit dem Innenring oder einem sich mit diesem drehenden Teil verbunden und auf dem Innenring drehbar gelagert ist, wobei die Käfighaltefeder das Bestreben hat, den Käfig in die Stellung zu bewegen, in der die Klemmrollen ausschließlich in einer Momentenflußrichtung einkuppeln können.

Die Bremsschuhe sorgen dafür, daß bei niedriger Geschwindigkeit in beiden Drehrichtungen und in beiden Momentenflußrichtungen die Verbindung zur zweiten angetriebenen Achse aufrecht bleibt. Bei höherer Drehzahl des Außenringes, somit bei höherer Fahrge­ schwindigkeit, heben die Bremsschuhe durch Fliehkraft ab. Dabei sorgt die Käfighaltefeder dafür, daß die Verbindung ausschließ­ lich in der ersten Momentenflußrichtung hergestellt ist, während die zweite Achse in der zweiten Momentenflußrichtung freiläuft.

Die Käfighaltefeder stellt bei Umkehr des Momentenflußrichtung sicher, daß die Verbindung zwischen Innenring und Außenring schnell unterbrochen wird und daß die Klemmrollen bei hoher Geschwindigkeit bezüglich des Innenringes in der Winkelstellung bleiben, in der sie nicht in der anderen Momentenflußrichtung einkuppeln können.

Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise ist, daß eine handelsübliche Eintourenkupplung einfach in eine erfindungsgemäße Kupplung umgebaut werden kann, indem der die Eintourensteuerung bewirkende Klinkenmechanismus weggenommen und durch die Bremsschuhe ersetzt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Feder als ein alle Bremsschuhe umschlingendes federndes Zugelement ausgebildet, wodurch eine einfache und zuverlässige Bauweise erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert:

Fig. 1 Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung,

Fig. 2 Schnitt nach II-II (obere Hälfte) und nach III-III (untere Hälfte) in Fig. 1,

Fig. 3 schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb, bei dem die erfindungsgemäße Kupplung angewendet wird.

In den Fig. 1 und 2 ist die Antriebswelle vom Motorgetriebe­ block mit 1 bezeichnet, auf ihr sitzt drehfest ein Innenring 2. Die Abtriebswelle 3 zur zweiten angetriebenen Achse ist mit einem Außenring 4 drehfest verbunden, an den ein Gehäuse 5 an­ schließt. Der Innenring 2 ist mittels Lagern 6, 7 gegenüber dem Außenring 4 gelagert. Zwischen Außenring 2 und Ausnehmungen 9 mit Anlauframpen 10, 11 des Innenringes 2 ist eine Anzahl von Klemmrollen 8 angeordnet.

Ein Käfig 12 weist Durchbrechungen 13 für die Klemmrollen 8 auf und geht in einen geschlossenen Ring 14 über, der innen auf dem Innenring 2 drehbar gelagert ist und außen Reibflächen 15 auf­ weist. Weiters ist ein Kragen 16 drehfest mit dem Innenring 2 verbunden und trägt eine Käfighaltefeder 17, die das Bestreben hat, den Käfig 12 in der Einkuppelstellung für die erste Momen­ tenflußrichtung zu halten.

Im Gehäuse 5 sind über den Umfang verteilt eine Reihe von Bremsschuhen 20 angeordnet, die aus zwei durch Stifte 23 zusam­ mengehaltenen Teilschuhen 21, 22 bestehen und auf ihrer dem Kä­ fig 12 zugeneigten Innenseiten Bremsbeläge 24 aufweisen. Die Bremsschuhe 20 sind zwischen Führungsbolzen 25, die das Ge­ häuse 5 mit dem Außenring 4 verbinden, radial verschiebbar ge­ lagert und werden von einer die Stifte 23 umschlingenden Zugfe­ der 26 nach innen gezogen.

Die erfindungsgemäße Kupplung arbeitet folgendermaßen:

Bei niedrigen Drehzahlen liegen die Bremsschuhe 20 am Käfig 12 an. Bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt im Zugbetrieb (der Motor treibt) wird der Käfig 12 von den Bremsschuhen 20 gegenüber dem Innenring 2 abgebremst. Durch diese relative Umfangsbewegung des Käfigs werden die Klemmrollen 8 in Einkuppelstellung ge­ bracht und die Anlauframpen 10 bzw. 11 (wenn die Vorwärtsfahrt in Fig. 2 einer Drehung im Uhrzeigersinn entspricht, bei Vor­ wärtsfahrt die Rampen 11, bei Rückwärtsfahrt die Rampen 10) drücken die im Normalfall am Außenring 4 anliegenden Klemmrol­ len 8 in kuppelnden Eingriff mit dem Außenring 4.

Bei Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt im Schubbetrieb (die ange­ triebene Achse treibt den Motor) wird der Käfig 12 durch Brems­ schuhe 20 mitgenommen und bringt die Klemmrollen 8 auch wieder in Kuppelstellung. In diesem Fall wirkt bei Vorwärtsfahrt die Anlauframpe 10, bei Rückwärtsfahrt die Anlauframpen 11.

Bei schneller Vorwärtsfahrt erfolgt die Kraftübertragung von den Anlauframpen 11 über die Klemmrollen 8 auf den Außenring 4. Wegen der hohen Drehzahl sind jedoch die Bremsschuhe 20 durch die Fliehkraft abgehoben, so daß zwischen Außenring 4 und Kä­ fig 12 keine Reibverbindung besteht. Wenn das Fahrzeug stark abgebremst wird, wird der Innenring 2 verzögert und der Außen­ ring 4 überholt den Innenring 2. Dadurch werden die Klemmrol­ len 8 freigegeben und die Käfighaltefeder 17 verhindert, daß der Käfig in die andere Einkuppelstellung gebracht wird. Nun wirkt die Kupplung als Freilauf.

Das in Fig. 3 schematisch dargestellte allradangetriebene Kraftfahrzeug weist einen Motorgetriebeblock 30 auf, von dem über ein Verzweigungsgetriebe 31 einerseits die Vorderräder 32 und andererseits über eine schlupfgeregelte Kupplung 34 und eine erfindungsgemäße Klemmrollenkupplung 35 die Hinterräder 33 an­ getrieben werden. Die schlupfgeregelte Kupplung 34 könnte eine Lamellenkupplung, eine hydrostatische Kupplung, eine hydrodyna­ mische Kupplung, eine gesteuerte oder ungesteuerte Flüssig­ keitsreibungskupplung oder eine elektromagnetische oder elek­ troviskose Kupplung sein. Die erfindungsgemäße Klemmrollenkupp­ lung 35 könnte auch zwischen dem Verzweigungsgetriebe 31 und der schlupfgeregelten Kupplung 34 angeordnet sein, was strich­ liert mit 35′ angedeutet ist.

Claims (2)

1. Klemmrollenkupplung für beide Drehrichtungen, bestehend aus einem Außenring (4, 5) mit einer zylindrischen inneren Kuppelfläche, einem Innenring (2) mit über seinem äußeren Umfang verteilten Ausnehmungen (9) mit Anlauframpen (10, 11) in beiden Richtungen zur Aufnahme von Klemmrollen (8), und einem Käfig (12), der in reibschlüssige Verbindung mit dem Außenring (4, 5) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die reibschlüssige Verbindung des Käfigs (12) mit dem Außenring (4) Bremsschuhe (20, 21, 22) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung fest und in im wesentlichen radialer Richtung beweglich mit dem Außenring (4) verbunden und von mindestens einer Feder (26) an den Käfig (12) oder an ein mit diesem verbundenes Teil (14) gedrückt werden und daß der Käfig (12) über eine Käfighaltefeder (17) mit dem In­ nenring (2) oder einem sich mit diesem drehenden Teil (16) verbunden und auf dem Innenring (2) drehbar gelagert ist, wobei die Käfighaltefeder (17) das Bestreben hat, den Käfig (12) in die Stellung zu bewegen, in der die Klemmrollen (8) ausschließlich in einer Momentenflußrichtung einkuppeln können.

2. Klemmrollenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder als ein alle Bremsschuhe (20) umschlingendes federndes Zugelement (26) ausgebildet ist.