AT7579U1 - Klauenkupplung - Google Patents

Abstract

Eine Kupplung zur schaltbaren Verbindung eines Primärteiles mit einem Sekundärteil, ist eine Klauenkupplung, deren im eingerückten Zustand ineinandergreifende Klauen (12) und Gegenklauen (15) Stirnklauen sind. Um schnelles Öffnen einer gattungsgemäßen Kupplung auch unter Last sicherzustellen, ist zwischen dem Primärteil (11) und dem Sekundärteil (8) ein Zwischenteil (14) vorgesehen, der auf seiner den Klauen (12) zugewandten Seite die Gegenklauen (15) hat, und der auf seiner von den Klauen (15) abgewandten Seite über in radialer Richtung verschiebbare Elemente (17) mit dem Sekundärteil (8) oder einem mit diesem drehfest verbundenen Teil formschlüssig drehfest verbindbar ist, wobei deren (17) Stellung von der Stellung einer Schaltmuffe (23) bestimmt ist. Die in radialer Richtung verschiebbaren Gleitstücke (17) sind im Zwischenteil (14) geführt und über eine abweisende Kuppelverzahnung (20,21) mit einer auf dem Sekundärteil (8) verschiebbaren Hülse (18) drehfest verbindbar.

Description

AT 007 579 U1

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur schaltbaren Verbindung eines Primärteiles mit einem Sekundärteil, die eine aus einer ersten und einer zweiten Kupplungshälfte bestehende Klauenkupplung umfasst.

Derartige formschlüssige Kupplungen finden im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Verwendung, zum Zuschalten von Antriebsachsen oder zur Sperrung von Differentialgetrieben. Das Einbeziehungsweise Auskuppeln erfolgt durch axiales Verschieben eines der Kupplungsteile, wobei die an deren Stirnflächen vorgesehenen Klauen oder Zähne in Eingriff oder ausser Eingriff gebracht werden. So ist bei minimalem Einbauraum ein sehr hohes Drehmoment formschlüssig übertragbar. Das Verschieben des einen Kupplungsteiles kann durch einen in beiden Richtungen wirkenden Aktuator erfolgen, oder wie in der DE-C-41 13 128 beschrieben, durch einen nur in einer Richtung wirkenden Aktuator. Das erfordert Zähne oder Klauen mit hinterschnittenen Flanken und einer im Öffnungssinne wirkenden Feder zwischen den beiden Kupplungshälften, sodass die Kupplung bei Wegfall des Drehmomentes selbsttätig öffnet.

Unter hinterschnittenen Flanken ist zu verstehen, dass die Klauen der Kupplung im Umfangsschnitt im Wesentlichen die Form eines Trapezes haben, dessen kürzere der beiden parallelen Seiten den Gegenklauen abgewandt sind.

Beim Aus- und Einrücken wirken zwischen den Flanken der Kupplungsklauen Reibungskräfte, die das Ausrücken verzögern und die vom Aktuator zu überwinden sind. Wenn die Kupplung so ausgelegt ist, dass sie bei Wegfall des Drehmomentes von selbst ausrückt, dann bedeutet das auch, dass sie unter Last nicht ausgerückt werden kann. Beides muss vermieden werden, wenn ein schnelles Öffnen der Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges gefordert ist, etwa für das Zusammenwirken mit einem elektronischen Eingriff in das Bremssystem (z.B. ABS).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein schnelles Öffnen einer gattungsgemäßen Kupplung auch unter Last sicherzustellen. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein Zwischenteil vorgesehen ist, der auf seiner den Klauen zugewandten Seite die Gegenklauen hat, und der auf seiner von den Klauen abgewandten Seite über in radialer Richtung verschiebbare Elemente (Gleitsteine oder Gleitstücke) formschlüssig mit dem Sekundärteil drehfest verbindbar ist, wobei deren Stellung von der Stellung einer Schaltmuffe bestimmt ist.

So wird der Stirnklauenkupplung eine weitere formschlüssige Kupplung in Serie nachgeschaltet. Der Zwischenteil gehört mit einer Seite zu der einen und mit der anderen Seite zu der weiteren formschlüssigen Kupplung. Die kraftübertragenden Zähne sind bei letzterer allerdings nicht radial, sondern axial ausgerichtet. So können große Umfangskräfte übertragen werden, ohne dass dabei eine Axialkraftkomponente entsteht. Die Reaktionskräfte der über den Umfang der Kupplung gleichmäßig verteilten Gleitstücke wirken ja radial und heben sich daher auf. Daher kann die abweisende Kuppelverzahnung mit einem sehr großen Abweiswinkel ausgeführt sein, was zunächst ein schnelles Lösen der weiteren Kupplung fördert und in der Folge ein schnelles Öffnen der Klauenkupplung sicherstellt. Ausserdem kann so auch die Fliehkraft in die Wirkungsweise einbezogen beziehungsweise berücksichtigt werden. Dem gemäß erfolgt das Ein- und das Auskuppeln jeweils in zwei Phasen.

Je nach Erfordernissen und Einbausituation sind verschiedene Ausführungsformen zu bevorzugen. In einer ersten Ausführungsform sind die in radialer Richtung verschiebbaren Gleitstücke im Zwischenteil geführt und über eine abweisende Kuppelverzahnung mit einer auf dem Sekundärteil verschiebbaren Hülse drehfest verbindbar (Anspruch 2). Zur Betätigung hat die Schaltmuffe eine mit den Gleitstücken zusammenwirkende konische Innenfläche, welche diese einwärts auf die abweisende Kuppelverzahnung hält (Anspruch 3).

Die Gleitstücke können auch in einer mit dem Sekundärteil drehfest verbundenen Hülse geführt und über eine abweisende Kuppelverzahnung mit dem Zwischenteil drehfest verbindbar sein (Anspruch 4). In einer weiteren Ausführungsform hat die Schaltmuffe eine mit den Gleitstücken zusammenwirkende konische Aussenfläche, welche diese auswärts auf die abweisende Kuppelverzahnung bewegt und hält und ist die Hülse verschiebbar (Anspruch 5). In einer noch weiteren Ausführungsform hat die Schaltmuffe eine mit den Gleitstücken zusammenwirkende konische Innenfläche, welche diese einwärts auf die abweisende Kuppelverzahnung bewegt und hält (Anspruch 6).

In weiteren Ausführungsformen haben die Gleitstücke an ihrer der Drehachse näheren Seite eine abweisende Kuppelverzahnung und wirken an ihrer der Drehachse ferneren Seite mit einer 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 007 579 U1 konischen Innenfläche einer Schaltmuffe zusammen (Anspruch 7). So sorgt bei höheren Drehzahlen die Fliehkraft für besonders schnelles Öffnen der weiteren formschlüssigen Kupplung. In Weiterbildung der Erfindung sind die Gleitstücke zwischen parallelen, radialen Flächen geführte Gleitsteine (Anspruch 8), die mit einem Zahn oder mit mehreren Zähnen in die Gegenverzahnung eingreifen, und sind die Gleitstücke von einer gemeinsamen Feder umschlungen (Anspruch 9). In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben die Klauen und Gegen-klauern hinterschnittene Flanken und ist zwischen dem Primärteil und dem Zwischenteil eine Feder vorgesehen, die diese auseinander zu schieben trachtet (Anspruch 10). Dadurch öffnet die Kupplung bei Wegfall des Drehmomentes selbsttätig, ohne dass ein Aktuator aktiviert werden muss, und daher praktisch verzögerungsfrei. Auch beim Auskuppeln unter Last öffnet die Kupplung augenblicklich, sobald die weitere Kupplung geöffnet ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Differentialgetriebe mit einer Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Differentialsperre, bei der der Primärteil der Klauenkupplung mit dem Differentialkorb und der Sekundärteil eine der Abtriebswellen ist (Anspruch 11). So ist bei kleinstem Einbauraum eine alle Anforderungen an eine Differentialsperre genügende Anordnung geschaffen. Dabei kann es sich sowohl um ein Achsdifferential als auch um ein Längsdifferential handeln. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und erläutert. Es stellen dar: Fig. 1: Einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform in einer ersten Stellung, Fig. 2: wie Fig. 1, in einer zweiten Stellung, Fig. 3: eine Stirnansicht nach III in Fig. 1, Fig. 4: wie Fig. 1, in einer dritten Stellung, Fig. 5: eine Stirnansicht nach V in Fig. 4, Fig. 6: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform in einer ersten Stellung; Fig. 7: wie Fig. 6, in einer zweiten Stellung, Fig. 8: Stirnansicht nach VIII in Fig. 7, Fig. 9: wie Fig. 6, in einer dritten Stellung, Fig. 10: eine Stirnansicht nach X in Fig. 9, Fig. 11: einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform, Fig. 12: einen Schnitt nach XII in Fig. 11. In Fig. 1 ist das Gehäuse eines Differentialgetriebes nur teilweise strichliert angedeutet und mit 1 bezeichnet. In ihm ist in Wälzlagern 2 (nur eines ist zu sehen) ein allgemein mit 3 bezeichnetes Differentialgetriebe gelagert. Es besteht aus dem drehbar gelagerten Differentialkorb 4, einer Welle 5 für die Ausgleichskegelräder 6 und Abtriebskegelrädern 7, wovon nur das eine über eine erste Keilverzahnung 9 mit einer Abtriebswelle 8 verbundene zu sehen ist. Das Differentialgetriebe 3 ist mittels einer allgemein mit 10 bezeichneten Kupplungseinheit sperrbar. In gesperrten Zustand ist der Differentialkorb 4 drehfest mit der Abtriebswelle 8 verbunden. Die Kupplungseinheit 10 besteht aus einer ersten Kupplungshälfte 11 mit Klauen 12, einer zweiten Kupplungshälfte 13 mit Gegenklauen 15, aus einem Zwischenteil 14, Gleitstücken 17 und einer mit der Abtriebswelle 8 drehfest verbundenen Hülse 18. Die erste Kupplungshälfte 11 ist am Differentialkorb 4 ausgebildet, die zweite Kupplungshälfte 13 an dem Zwischenteil 14. Die Klauen 12 und die Gegenklauen 15 sind Stirnklauen, liegen also ungefähr in einer achsnormalen Ebene oder in der Mantelfläche eines sehr stumpfen Kegels, und sind im gezeigten Ausführungsbeispiel mit hinterschnittenen Flanken versehen. Das heißt, die ein Drehmoment übertragenden Flanken der Klauen sind so geneigt, dass die Klauen im Umfangsschnitt trapezförmig sind und bei Übertragung eines Drehmomentes axiale Kraftkomponenten erzeugen, die die erste Kupplungshälfte 11 und die zweite Kupplungshälfte 13 einander anzunähern trachten. Im Rahmen der Erfindung können die Klauen im Umfangsschnitt aber auch rechteckig sein. Somit besteht der Primärteil der Kupplungseinheit aus dem Differentialkorb und der ersten Kupplungshälfte 11 mit den Klauen 12, und der Sekundärteil aus der Abtriebswelle 8. Der Zwischenteil 14 hat an seiner der ersten Kupplungshälfte 11 zugewandten Seite die Gegenklauen 15, an der der ersten Kupplungshälfte abgewandten Seite eine Anzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter radialer Führungen 16 mit parallelen Wänden, zwischen denen jeweils 3 55 AT 007 579 U1 ein Gleitstück in radialer Richtung verschiebbar geführt ist. Die Hülse 18 ist mit der Abtriebswelle 8 über eine zweite Keilverzahnung 19 drehfest aber in Längsrichtung verschiebbar verbunden. Die Drehmomentübertragung von dem Zwischenteil 14 auf die Hülse 18 erfolgt über die Gleitstücke 17 mit einer konischen Fläche 17'. Diese werden vom Zwischenteil 14 über die Führungen 16 mitge-5 nommen und sind in eingerückter Stellung mit der Hülse über eine abweisende axial ausgerichtete Kuppelverzahnung verbunden. Dazu hat die Hülse 18 eine in der Art eines Zahnrades rundum verlaufende Kuppelverzahnung 20 und die Gleitstücke 17 haben nur einige Kuppelzähne 21, in Fig. 3 sind es drei. Im Extremfall genügt ein einziger Zahn.

Die Gesamtheit der über den Umfang gleichmäßig verteilten Gleitstücke 17 wird von einer 10 Schlingfeder 22, die ein geschlossener gebogener Ring aus einem Federdraht ist, zusammengehalten und nach aussen gedrückt. Eine Schaltmuffe 23 ist auf der Hülse 18 in Axialrichtung verschiebbar. Dazu hat sie beispielsweise eine umlaufende Nut 24 für den Eingriff einer nicht dargestellten Schaltgabel oder eines anderen Aktuators. Die Schaltmuffe 23 hat einen glockenförmig auseinanderlaufenden Teil 26, dessen Innenfläche 25 konisch ausgebildet ist. Die Innenfläche 15 25 wirkt mit den Gleitstücken 17 zusammen. Zum Einrücken der Gleitstücke 17 wird die Schaltmuf fe 23 in axialer Richtung so verschoben, dass die konische Innenfläche 25 die Gleitstücke 17 nach innen schiebt, wodurch deren Zähne 21 in die Kuppelverzahnung 20 der Hülse gedrückt werden.

Zwischen dem Abtriebskegelrad 7 und dem Zwischenteil 14 ist eine Druckfeder 27 angeordnet, die den Zwischenteil 14 von der ersten Kupplungshälfte 11 wegzuschieben trachtet. Die Hülse 18 20 ist in ihrer axialen Verschiebbarkeit durch eine Anschlagschulter 28 und einen Anschlag 29 begrenzt.

Zur Arbeitsweise: In der Stellung der Fig. 1 ist die Kupplung eingerückt, das Differentialgetriebe 3 somit gesperrt. Die Gleitstücke 17 werden von der chronischen Innenfläche 25 der Schaltmuffe 23 in ihrer inneren Stellung gehalten, in der die abweisende Kuppelverzahnung 21 der Gleitstücke 25 mit der Kuppelverzahnung 20 der Hülse 18 in Eingriff steht. Die bei Übertragung eines Drehmomentes entstehenden radial gerichteten Abweiskräfte werden von dem glockenförmigen Teil 26 der Schaltmuffe 23 aufgenommen. Die konische Innenfläche 25 hat sogar einen zylindrischen Absatz, an dem die Gleitstücke 17 anliegen, um den Aktuator von axialen Haltekräften zu entlasten.

Soll die Kupplungsvorrichtung 10 ausgerückt werden, so führt ein erster Schritt in die Stellung 30 der Fig. 2 und 3. Sie wird durch Verschieben der Schaltmuffe 23 nach links erreicht, wodurch deren konische Innenfläche 25 einen größeren Durchmesser freigibt und die Gleitstücke 17 durch die Kraft der Schlingfeder 22, die von der abweisenden Kuppelverzahnung 20, 21 ausgeübte radial auswärts wirkende Kraft und ggf. auch durch die Fliehkraft nach außen gedrängt werden, sodass die Zähne 21 der Gleitstücke 17 mit der abweisenden Kuppelverzahnung 20 der Hülse 18 außer 35 Eingriff gelangen. Dadurch wird der Zwischenteil 14 lastlos und er kann durch weitere Bewegung der Schaltmuffe 23 nach links mit seinen Gegenklauen 15 aus den Klauen 12 der ersten Kupplungshälfte 11 herausgezogen werden; oder die im gezeigten Ausführungsbeispiel vorhandene Druckfeder 27 schiebt den Zwischenteil 14 aus dem Eingriff hinaus. Das führt in der zu Fig. 4 und 5 abgebildeten Stellung. 40 Die Stellung der Fig. 4 wird in der zweiten Bewegungsphase dadurch erreicht, dass die Feder 27 den Zwischenteil 14 mit den Gleitstücken 17 und der Hülse 18 nach rechts schiebt. Da die Schaltmuffe 23 dabei nicht bewegt wurde, gleiten die Gleitstücke 17 mit ihren angefasten konischen Flächen 17' an der konischen Innenfläche 25 der Schaltmuffe 23 einwärts, wodurch die abweisende Kuppelverzahnung 20, 21 wieder in Eingriff gebracht wird. Aus dieser Stellung kann 45 die Kupplung durch Verschieben der Schaltmuffe 23 nach rechts wieder in Eingriff gebracht werden.

In der Ausführungsform der Fig. 6 tragen gleiche Teile dieselben Bezugszeichen, analoge Teile um 100 erhöhte. Sie unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, dass die Gleitstücke 117 nicht im Zwischenteil 114, sondern in der Hülse 118 radial verschieblich 50 geführt sind und dass die Gleitstücke 17 ihre abweisende Kuppelverzahnung 121 außen haben, wo sie mit der abweisenden Kuppelverzahnung 120 zusammen wirkt, wie hier als Innenverzahnung am Zwischenteil 114 ausgebildet ist. Zur Betätigung haben die Gleitstücke 117 an ihrer Innenseite eine konische Fläche 117' die mit einer konischen Fläche 125 der Schaltmuffe 123 zusammenwirkt. Die konische Fläche 125 ist hier an der Außenseite der Schaltmuffe 123. Die Bewegungs-55 phasen beim Ein- bzw. Ausrücken, dargestellt in den Fig. 7, 8 und 9,10 unterscheiden sich nicht 4

Claims (11)

1. AT 007 579 U1 von denen des vorhergehenden Ausführungsbeispieles. In der Ausführungsform der Fig. 11 sind die spezifischen Teile mit um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen. Diese unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, dass die Hülse 218 nicht nur drehfest sondern auch schiebefest mit der Abtriebswelle 8 verbunden ist, dass die abweisende 5 Kuppelverzahnung 221 des Zwischenteiles 214 um soviel länger als die der Gleitstücke 217 ist, dass zwischen diesen eine axiale Verschiebung möglich ist. Die Schaltmuffe 223 kann hier auch mit dem Zwischenteil 214 Zusammenwirken. Ihr Zusammenwirken mit den Gleitstücken 17 ist wie in Fig. 1. 10 ANSPRÜCHE: 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Kupplung zur schaltbaren Verbindung eines Primärteiles mit einem Sekundärteil, die eine aus einer ersten und einer zweiten Kupplungshälfte (11,13) bestehende Klauenkupplung umfasst, deren im eingerückten Zustand ineinandergreifende Klauen (12) und Gegenklauen (15) Stirnklauen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Primärteil (11) und dem Sekundärteil (8) ein Zwischenteil (14;114;214) vorgesehen ist, der auf seiner den Klauen (12) zugewandten Seite die Gegenklauen (15) hat, und der auf seiner von den Klauen (15) abgewandten Seite über in radialer Richtung verschiebbare Elemente (17;117,217) mit dem Sekundärteil (8) oder einem mit diesem drehfest verbundenen Teil (18; 118; 218) formschlüssig drehfest verbindbar ist, wobei deren (17;117;217) Stellung von der Stellung einer Schaltmuffe (23;123;223) bestimmt ist.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung verschiebbaren Gleitstücke (17) im Zwischenteil (14) geführt und über eine abweisende Kuppelverzahnung (20,21) mit einer auf dem Sekundärteil (8) verschiebbaren Hülse (18) drehfest verbindbar sind (Fig. 1).
3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (23) eine mit den Gleitstücken (17) zusammenwirkende konische Innenfläche (25) hat, welche diese (17) einwärts auf die abweisende Kuppelverzahnung (20) hält (Fig. 1).
4. 4. Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstücke (17;117) in einer mit dem Sekundärteil (8) drehfest verbundenen Hülse (18;118;218) geführt und über eine abweisende Kuppelverzahnung (120,121; 220, 221) mit dem Zwischenteil (114;214) drehfest verbindbar sind (Fig. 6 und 11).
5. 5. Klauenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (123) eine mit den Gleitstücken (117) zusammenwirkende konische Aussenfläche (125) hat, welche diese (117) auswärts auf die abweisende Kuppelverzahnung (120,121) hält und die Hülse (118) verschiebbar ist (Fig.
6. 6). 6. Klauenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (223) eine mit den Gleitstücken (217) zusammenwirkende konische Innenfläche (225) hat, welche diese (217) einwärts auf die abweisende Kuppelverzahnung (220,221) hält (Fig. 11).
7. 7. Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstücke (17;217) an ihrer der Drehachse näheren Seite eine abweisende Kuppelverzahnung (20;220) haben und an ihrer der Drehachse ferneren Seite mit einer konischen Innenfläche (25;225) einer Schaltmuffe (23;223) Zusammenwirken (Fig.1 und Fig.11).
8. 8. Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstücke (17;117;217) zwischen parallelen Flächen (16;116;216) radial geführte Gleitsteine sind.
9. 9. Klauenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstücke (17;117) von einer gemeinsamen Feder (22;122) umschlungen sind.
10. 10. Klauenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen (12) und Gegenklauern (15) hinterschnittene Flanken haben und zwischen dem Primärteil (7) und dem Zwischenteil (14;114;214) eine Feder (27) vorgesehen ist, die diese (12,15) auseinander zu schieben trachtet.
11. 11. Differentialgetriebe mit einer Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Differentialsperre, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärteil der Klauenkupplung (11) der Differentialkorb (4) und der Sekundärteil (8) eine der Abtriebswellen des Differentialgetrie- 5 55