DE4443783A1 - Schaltvorrichtung für eine Klauenkupplung und Verfahren zu deren Einstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einer Schaltvorrichtung für eine Klauenkupplung, bestehend aus einer Schaltgabel zum axialen Verschieben eines Kupplungsteiles, einem Aktuator und einer die Schaltgabel tragenden Aktuatorstange, wobei der Aktuator ein Fluidzylinder, vorzugsweise ein Druckluftzylinder, oder ein So­ lenoid sein kann. Die Klauenkupplung ist für die Sperrung von Achsdifferentialen oder Längsdifferentialen in einem Verteiler­ getriebe für Kraftfahrzeuge gedacht.

Derartige Differentiale mit Klauenkupplungen und gattungsgemä­ ßen Schaltvorrichtungen sind aus der DE-OS 41 13 128 bekannt. Bei der in deren Fig. 4 dargestellten Schaltvorrichtung ist die Schaltgabel mit der Aktuatorstange verschweißt, sie könnte aber auch mittels einer Klemmschraube verstellbar mit ihr verbunden sein. In beiden Fällen hat es sich als nachteilig erwiesen, daß Hub und Hublage des Aktuators nicht genau einstellbar sind.

Das kann verschiedene Folgen haben: der Aktuator muß einen un­ nötig langen Leerweg zurücklegen, wodurch sich das Einrücken verzögert; die Klauenkupplung wird nicht ganz eingerückt, wobei bereits sehr kleine Abweichungen ein unsauberes Tragbild und mehr Verschleiß ergeben; Schaltgabel und Aktuatorstange werden mit der vollen Aktuatorkraft auf Biegung beansprucht, wenn die beiden Kupplungsteile in axialer Richtung aufeinandertreffen. Es ist also notwendig, Hub und Hublage genau einstellen zu kön­ nen. Wegen der langen Toleranzkette ist die bei der Montage je­ der einzelnen Kupplung notwendige Justierung zumindest der Hub­ lage nur sehr ungenau möglich. Auch später soll eine Nachju­ stierung leicht möglich sein, um Verschleißerscheinungen aus­ zugleichen.

Erfindungsgemäß wird eine genaue Einstellmöglichkeit der Hub­ lage und des Hubes des Aktuators dadurch geschaffen, daß an den Aktuator gabelseitig eine Verstellplatte anschließt, deren axiale Lage bezüglich des Gehäuses mittels eines Gewindes ver­ stellbar ist, wobei die Verstellplatte einen Anschlag für die Schaltgabel bildet.

Durch die Verstellplatte ist eine sehr einfache und genaue Ver­ stellung der Hublage gegeben, wie weiter unten beschrieben. Die Tatsache, daß die als Anschlag wirkende Verstellplatte die Ak­ tuatorstange umgibt, bewahrt die Aktuatorstange vor Biegemo­ menten und Verschleiß. Nur durch ihre genaue Einstellbarkeit kann ein axiales Anschlagen der Kupplungsklauen (das das Biege­ moment verursacht) auch wirklich verhindert werden.

In einer vorteilhaften Ausbildung schließt an das Verstellstück an der der Schaltgabel abgewandten Seite ein zweiter Anschlag an, der mit einer ersten Schulter der Aktuatorstange im Inneren des Aktuators zusammenwirkt. Auf diese Weise ist mit minimalem Aufwand ein genauer Anschlag in beiden Bewegungsrichtungen ge­ geben. Somit ist Hublage und Hub genau einstellbar. Dadurch kann minimaler Leerhub und daher kürzeste Einrückdauer erreicht werden, bei elektronischer Kupplungssteuerung sehr erwünscht.

Wenn in Weiterbildung der Erfindung der zweite Anschlag von ei­ nem die Aktuatorstange umgebenden getrenntem Anschlagring ge­ bildet wird, ist der Aktuator bei vereinfachter Herstellung und Lagerhaltung für verschiedene Kupplungen geeignet bzw. im Ver­ suchsstadium leicht anpaßbar. Durch die Möglichkeit der genauen Justierung mittels der Verstellplatte kann sogar bei in beiden Richtungen wirkenden Aktuatoren die Schaltgabel fest mit der Aktuatorstange verbunden sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bei einfachwirkendem Aktuator und einer diesem entgegenwirken­ den Druckfeder ist die Anordnung so getroffen, daß die Aktua­ torstange eine zweite Schulter aufweist, die der einen Seite der Schaltgabel zugewandt ist und auf die andere Seite der Schaltgabel eine die Aktuatorstange umgebende Druckfeder wirkt. Bei dieser Anordnung ist keine feste Verbindung zwischen Schaltgabel und Aktuatorstange mehr notwendig, die Schaltgabel wird von der zweiten Schulter in die eine Richtung geschoben, und von der Druckfeder in die andere. Das vereinfacht die Mon­ tage und erlaubt es der Schaltgabel, sich durch Schwenken um die Längsachse der Aktuatorstange bezüglich der Ringnut, in die sie eingreift, optimal selbst einzustellen.

Die Erfindung handelt auch von einem Verfahren zum Einstellen von Hub und Hublage eines Aktuators der Schaltgabel einer Klau­ enkupplung, wobei an den Aktuator gabelseitig ein Verstellstück anschließt, dessen axiale Lage bezüglich des Gehäuses mittels eines Gewindes verstellbar ist, und wobei die Gabel in eine Ringnut eines der Kupplungsteile eingreift.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, zuerst den erfor­ derlichen Hub zu berechnen. Dabei braucht aber nur das Spiel der Gabel in der Ringnut berücksichtigt zu werden, weil beim nächsten Schritt die Schaltgabel in eine Stellung gebracht wird, in der die beiden Kupplungsteile Zahn auf Zahn stehen. Dadurch werden alle anderen Toleranzen der Toleranzkette von selbst berücksichtigt. Dann wird das Verstellstück zuerst bis an die Schaltgabel und dann wieder um den erforderlichen Winkel auswärts geschraubt, der dem Axialspiel der ausgerückten Kupp­ lung entspricht und gegen Verdrehen gesichert ist. Der so sehr genau berechnete Hub braucht dann nur bei der Bearbeitung des zweiten Anschlages des Verstellstückes realisiert zu werden.

In Weiterbildung des Verfahrens für getrennten Anschlagring kann dieser vor dem Einbau von Aktuator und Gabel auf die ent­ sprechende Länge bearbeitet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert. Es stellen dar

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer ersten Ausführungsform, im Längsschnitt;

Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform, im Längsschnitt;

Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer dritten Ausführungsform, im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein Teil des Gehäuses eines Achsdifferentiales mit 1 bezeichnet, es könnte sich aber auch um das Gehäuse eines Längsdifferentiales, beispielsweise als Teil eines Verteilerge­ triebes handeln. Das Gehäuse ist längs einer Teilfuge geteilt, die normal zur Bildebene verläuft und deren Spur mit 2 bezeich­ net ist. Auf der im Bild rechten Seite des Gehäuses 1 ist ein Achsrohr 3 mit einem Flanschring 4 in das Gehäuse 1 einge­ schweißt oder eingeschraubt, es weist im Bereich der Schaltga­ bel eine Ausnehmung 5 auf. Vor oder über dem Achsrohr 3 ist am Gehäuse 1 ein Flansch 6 mit Innengewinde 9 ausgebildet.

Auf der linken Seite des gezeigten Gehäuseteiles ist das nicht dargestellte Differential angeordnet. Dessen Differentialkorb 7 setzt sich in einem manschettenförmigen ersten Kupplungsteil 8 fort und endet in Kupplungsklauen 11 einer Stirnklauenkupplung. Dieser erste Kupplungsteil 8 ist in Wälzlagern gelagert, von denen nur das Wälzlager 12 dargestellt ist. Es stützt sich in axialer Richtung an einem Spannring 13 ab. Aus dem nicht darge­ stellten Differential führt eine Achswelle 14 heraus, die mit einer Keilverzahnung 15 versehen ist. Jenseits des Differen­ tiales (auf der linken Seite) schließt noch eine zweite nicht mehr dargestellte Achswelle an.

Das Differential ist durch formschlüssige Verbindung der Kupp­ lungsteile 8, 16 sperrbar. Zur Sperrung des Differentiales ge­ nügt es, den Differentialkorb 7 mit einer einzigen Achswelle, eben der Achswelle 14 zu verbinden.

Ein zweiter Kupplungsteil 16 ist eine auf der Keilverzahnung 15 der Achswelle 14 verschiebbare Muffe. Sie weist in die Klauen 11 des ersten Kupplungsteiles 8 passende Klauen und eine Ring­ nut 17 auf, in die eine Schaltgabel 18 mit ihrem Gabelteil 19 eingreift. Am anderen Ende der Schaltgabel 18 ist eine Nabe 20 ausgebildet, deren dem Flansch 6 zugekehrten Seite eine achs­ normale Fläche 21 aufweist. In den Flansch 6 ist ein Aktuator 22 befestigt. Er besteht aus einem in den Flansch 6 einge­ schraubten Gehäuse 23, aus einem Kolben 24 und einer Aktuator­ stange 25, die sich außerhalb des Aktuators fortsetzt und von der Nabe 20 der Schaltgabel 18 umfangen wird.

In den Flansch 6 ist an den Aktuator 22 anschließend ein Ver­ stellstück 26 eingeschraubt, es weist beispielsweise Bohrungen 27 für den Eingriff eines Werkzeuges zum Verstellen auf. Das Verstellstück 26 bildet auf seiner der Schaltgabel 18 zugekehr­ ten Seite eine erste Anschlagfläche 30, die mit der achsnorma­ len Fläche 21 der Nabe 20 zusammenwirkt, wenn die Kupplung aus­ gerückt ist, das ist die strichliert eingezeichnete Stellung. Auf der anderen Seite des Verstellstückes 26 schließt ein An­ schlagring 33 an, der als zweiter Anschlag des Verstellstückes dient und mit einer ersten Schulter 34 der Aktuatorstange zu­ sammenwirkt, wenn die Kupplung eingerückt ist, entsprechend der in starken Linien gezeigten Stellung der Schaltgabel 18.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Aktuator­ stange noch eine zweite Schulter 35 auf, die ebenfalls mit der achsnormalen Fläche 21 der Nabe 20 zusammenwirkt. Die Aktuator­ stange 25 ist an ihrem vom Aktuator 22 abgewandten Ende in ei­ ner Bohrung 36 des Gehäuses 1 geführt. Zwischen dem Gehäuse und einer achsnormalen Fläche 38 der Nabe 20 der Schaltgabel 18 wirkt eine Druckfeder 37.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen einfach - im Einrücksinn - wirkenden Aktuator, was durch den Anschluß 31 für das Druckmedium angedeutet ist. Die Feder 37 rückt die Kupplung aus, wenn über diese kein Drehmoment übertragen wird. Die Nabe 20 wird somit von der Feder 37 an die Schulter 35 gedrückt. Damit ist eine ausreichende Verbindung hergestellt und die Nabe 20 braucht nicht fest mit der Aktua­ torstange 25 verbunden zu sein, ein leichter Schiebesitz ge­ nügt. Die Vorteile der Erfindung sind weitgehend dieselben, wenn der Aktuator 22 doppelt wirkend ausgebildet und die Nabe 20 fest mit der Aktuatorstange 25 verbunden ist, von der freien Einstellbarkeit der Schaltgabel 18 um die Achse der Aktuator­ stange 25 abgesehen.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aktuator 22 ein pneumatischer Zylinder, er könnte jedoch ebensogut ein hydraulischer Zylinder oder auch ein elektromagnetisches Sole­ noid sein.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich davon nur durch die andere Ausbildung des Verstellstückes. Hier weist das Verstellstück 40 einen mit diesem einstückig ausgebildeten Kra­ gen 41 als zweiten Anschlag für die Schulter 34 der Aktuator­ stange 25 auf. Die Verstellung des Verstellstückes gemeinsam mit dem gesamten vormontierten Aktuator 22 (Aktuatorgehäuse 23 und Verstellstück 40 werden vorher durch Verschrauben des Außengewindes 42 mit dem Innengewinde 43 des Aktuatorgehäuses 23 fest miteinander verbunden) gegenüber dem Gehäuse 1 wird hier durch einschrauben des Aktuatorgehäuses 23 in das Innengewinde 9 erreicht. Auf diese Weise kann die Hublage auch von außen verstellt werden. Die Sicherung erfolgt mittels einer Konter­ mutter 44. Die erste Anschlagfläche 46 wirkt wieder in der be­ reits beschriebenen Weise mit der Nabe 20 und die zweite An­ schlagfläche 34 direkt mit dem Kragen 41 zusammen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der der Fig. 1 wieder durch das Verstellstück 50. Es ist hier fest mit dem Aktuator 22 verschraubt und mittels des Ge­ windes 51 in den Flansch 6 des Gehäuses 1 eingeschraubt und mit einer Kontermutter 52 gesichert. Hier weist das Verstellstück 50 einen sich nach innen erstreckenden und mit dem Gewinde 51 versehenem Kragen 54 auf, der wieder in der ersten Anschlag­ fläche 53 für die Nabe 20 endet. Auf seiner dem Aktuator 22 zu­ gewandten Seite ist eine zweite Anschlagfläche 55 ausgebildet, die mit einer Schulter 56 der Aktuatorstange 25 zusammenwirkt. Auch in den Fig. 2 und 3 ist die ausgerückte Stellung dünn strichliert eingezeichnet und die Bezugszeichen sind durch Hin­ zufügung eines Apostroph gekennzeichnet.

Das Einstellen der Stellvorrichtung der Montage wird nun anhand der Fig. 1 erläutert:

Zuerst wird aus der Höhe der Klauen 11 in axialer Richtung und dem Spiel zwischen Gabel 19 und Ringnut 17 der erforderliche Hub berechnet und der Anschlagring 33 in einer Länge ausge­ führt, die, vermehrt um die Breite des Verstellstückes in Ver­ stellrichtung genau dem berechneten Hub entsprechen. Dabei hat der getrennte Anschlagring den Vorteil, daß seine Länge leicht veränderbar ist, ohne daß das Verstellstück selbst bearbeitet werden müßte.

Um die Verstelleinrichtung zu montieren, wird zuerst das Ver­ stellstück 26 eingeschraubt und die Aktuatorstange durch das Verstellstück 26, die Nabe 20 der Gabel 18 und die Feder 37 hindurch in das Gehäuse eingesteckt. Dann wird die Schaltgabel 18 mit dem zweiten Kupplungsteil 16 im Bild nach links gerückt, bis die Klauen 11 der beiden Kupplungsteile 8, 16 einander be­ rühren. Es ist wesentlich, daß das die Stellung ist, in der die Kupplung nicht eingerückt werden kann, weil die Klauen sozusa­ gen Kopf auf Kopf stehen. In dieser Stellung, die als Eichstel­ lung bezeichnet werden kann, ist das Spiel zwischen Gabel 19 und Ringnut 17 auf einer Seite ausgeschöpft und alle Toleranzen der Toleranzenkette, die von der Gabel 18 über die Kupplungs­ teile 16, 8, das Wälzlager 12, das Gehäuse 1 und die Aktuator­ stange 25 bzw. das Verstellstück 26 reicht, berücksichtigt.

Nun wird das Verstellstück 26 zuerst im Bild nach links ver­ schraubt, bis die erste Anschlagfläche 30 des Verstellstückes an der achsnormalen Fläche 21 der Nabe 20 anliegt und dann um das erwünschte sehr geringe axiale Spiel der ausgerückten Klauen wieder um einen bestimmten Winkel, der in der Regel we­ niger als eine ganze Umdrehung ausmacht, nach außen gedreht und gegen weiteres Verdrehen gesichert. Nun befindet sich das Ver­ stellstück 26 in der in Fig. 1 in Vollinie gezeigten Stellung, das Kupplungsteil 16 und die Schaltgabel 18 in einer strich­ liert gezeigten Stellung. Durch die zwischendurch eingenommene Eichstellung ist jetzt die gewünschte Hublage unter Berücksich­ tigung aller Toleranzen und Spiele eingestellt. Nun wird noch das Aktuatorgehäuse 23 ebenfalls in das Innengewinde 9 einge­ schraubt und mit dem gesicherten Verstellstück 26 gekontert.

Die automatische und elektronische Ansteuerung der Kupplung er­ fordert jedenfalls eine genaue vorherige Auslegung von Hub und Hublage. Dadurch und durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Betätigungsvorrichtung sind bei der Montage keinerlei Meßgeräte oder Lehren mehr erforderlich.

Claims (6)

1. Schaltvorrichtung für eine Klauenkupplung im Gehäuse eines Differentiales oder Verteilergetriebes, bestehend aus einer Schaltgabel (18) zum axialen Verschieben eines Kupplungsteiles (16), einem Aktuator (22) und einer eine Nabe (20) der Schalt­ gabel (18) tragenden Aktuatorstange (25), dadurch gekennzeich­ net, daß an den Aktuator (22) gabelseitig ein Verstellstück (26, 40, 50) anschließt, dessen axiale Lage bezüglich des Gehäu­ ses (1) mittels eines Gewindes (28,9; 42, 43,9; 51,9) verstell­ bar ist, und das eine erste Anschlagfläche (30; 46; 53) für die Nabe (20) der Schaltgabel (18) bildet.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Verstellstück (26, 40, 50) an der der Schaltgabel (18) abgewandten Seite ein zweiter Anschlag (33; 41; 55) anschließt, der mit einer ersten Schulter (34; 34; 56) der Aktuatorstange (25) im Inneren des Aktuators (22) zusammenwirkt.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag von einem die Aktuatorstange umgebenden Anschlagring (33) gebildet wird.

4. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einfachwirkendem Aktuator und einer diesem entgegenwirken­ den Druckfeder (37), dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuator­ stange (25) eine zweite Schulter (35) aufweist, die der einen Fläche (21) der Nabe (20) der Schaltgabel (18) zugewandt ist und auf die andere Seite der Nabe (20) der Schaltgabel die die Aktuatorstange (25) umgebende Druckfeder (37) wirkt.

5. Verfahren zum Einstellen von Hub und Hublage eines Aktuators (22) der Schaltgabel einer Klauenkupplung (8, 16, 11), wobei an den Aktuator gabelseitig ein Verstellstück (26, 40, 50) an­ schließt, dessen axiale Lage bezüglich des Gehäuses (1) mittels eines Gewindes (28,9; 9; 51,9) verstellbar ist, und wobei die Gabel (18) in eine Ringnut (17) eines der Kupplungsteile (8;16) eingreift, das aus folgenden Schritten besteht:

• a) Zuerst wird aus den Verzahnungsdaten der Klauen (11) und aus dem Spiel der Gabel (18) in der Ringnut (17) der erforder­ liche Hub des Aktuators (22) berechnet;
• b) dann wird die Schaltgabel (18) in eine Stellung gebracht, in der die beiden Kupplungsteile (8, 16) Klaue auf Klaue stehen und das Verstellstück (26; 40; 50) einwärts verstellt, bis dessen erste Anschlagfläche (30; 46; 53) an der Fläche (21) der Nabe (20) anliegt;
• c) sodann wird das Verstellstück (16; 40; 50) um einen bestimmten Winkel auswärts geschraubt, der dem einzustellenden Axial­ spiel der Klauen der ausgerückten Kupplung entspricht;
• d) Schließlich wird das Verstellstück (16; 40; 50) gegen Verdre­ hen gesichert und der Aktuator (22) festgeschraubt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei getrenntem Anschlagring (33) vor dem Einbau von Aktuator (22) und Gabel (18) der Anschlagring mit der dem berechneten Hub des Aktuators entsprechenden Länge auf die Aktuatorstange (25) auf­ gefädelt wird.