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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 34 36 293 A1 ist eine Fahrzeugachse mit einer Radnabe, einer Achswelle und einer Kupplungsvorrichtung zum Koppeln und Entkoppeln der Radnabe mit der Achswelle bekannt. Dabei ist ein erster Kupplungsring der Kupplungsvorrichtung drehfest mit der Achswelle verbunden und ein zweiter Kupplungsring drehfest und axial verschiebbar mit der Radnabe verbunden. Der zweite Kupplungsring weist dabei eine radial innen liegende Verzahnung auf, welche im eingekuppelten Zustand in eine radial außen liegenden Verzahnung des ersten Kupplungsringes eingreift.
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Aus der
US 7 975 796 B2 ist eine Fahrzeugachse mit zwei Achshalbwellen und zwei Kupplungsringen bekannt, wobei der erste Kupplungsring auf der ersten Achshalbwelle angeordnet ist und der zweite Kupplungsring auf der zweiten Achshalbwelle angeordnet ist, wobei in einem eingekuppelten Zustand eine radial innen liegende Verzahnung des ersten Kupplungsringes mit einer radial außen liegenden Verzahnung des zweiten Kupplungsringes kämmt.
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Beide vorgeschlagene Lösungen haben zum Ziel, Reibungsverluste eines Antriebsstranges durch Abkoppeln eines Teils des Antriebsstranges in bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich des Bauraumbedarfs und der Montierbarkeit verbesserte Fahrzeugachse vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Demnach weist die Fahrzeugachse eines Fahrzeugs eine Radnabe und eine Achswelle sowie einen ersten Kupplungsring, welcher konzentrisch zur Achswelle angeordnet und drehfest mit der Achswelle verbunden ist, auf. Weiterhin weist die Fahrzeugachse einen zweiten Kupplungsring auf, welcher drehfest mittelbar oder unmittelbar mit der Radnabe verbunden ist. Mit der mittelbaren Verbindung ist eine Verbindung des zweiten Kupplungsringes mit der Radnabe über mindestens ein Zwischenelement gemeint. Das Zwischenelement kann zum Beispiel eine zusätzliche Welle sein. Bei der Fahrzeugachse erfolgt eine schaltbare Kopplung der Achswelle, welche vorzugsweise als Antriebswelle für die Radnabe dient, und der Radnabe mittels einer Kopplung des ersten Kupplungsringes mit dem zweiten Kupplungsring. Erfindungsgemäß weisen der erste Kupplungsring stirnseitig eine erste Klauenverzahnung und der zweite Kupplungsring stirnseitig eine zweite Klauenverzahnung auf, wobei zur Kopplung die erste Klauenverzahnung in die zweite Klauenverzahnung eingreift. Mit der stirnseitigen Klauenverzahnung ist eine Verzahnung gemeint, die sich in einer axialen Richtung erstreckt. Mit der axialen Richtung ist eine Richtung entlang einer Drehachse der Radnabe und/oder der Achswelle gemeint, wobei vorteilhafter Weise die Radnabe und die Achswelle eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Durch die stirnseitige Klauenverzahnung ergibt sich eine bauraumoptimierte Konstruktion unter einer Beibehaltung eines hohen übertragbaren Drehmomentes.
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Eine erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Kupplungsring und der zweite Kupplungsring auf einer axial außen gelegenen Seite eines Radnabenlagers, mittels welches Radnabenlagers die Radnabe an dem Fahrzeug gelagert ist, angeordnet sind, wobei der erste Kupplungsring axial verschiebbar auf der Achswelle angeordnet ist und der zweite Kupplungsring axial fest mit der Radnabe verbunden ist, wobei der zweite Kupplungsring auf einer axial nach außen gelegenen Seite des ersten Kupplungsringes angeordnet ist. Mit der axial außen gelegenen Seite ist eine Seite des Radnabenlagers gemeint, welche gegenüber von der Mitte der Fahrzeugachse liegt. Mit axial verschiebbar ist eine Verschiebbarkeit in der axialen Richtung gemeint. Die axiale Verschiebbarkeit und gleichzeitige Drehfestigkeit des ersten Kupplungsringes kann zum Beispiel durch eine Keilwellenverzahnung zwischen dem ersten Kupplungsring und der Achswelle erreicht werden. Durch die Anordnung der Kupplungsringe auf der axial außen gelegenen Seite des Radnabenlagers erfolgt bei einer Auftrennung der durch die Kupplungsringe gebildeten Klauenkupplung eine größtmögliche Stilllegung von beweglichen Wellen- und Getriebeteilen, so dass Reibungsverluste größtmöglich reduziert werden können.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Radnabe auf einer axial nach außen gelegenen Seite der zweiten Klauenverzahnung des zweiten Kupplungsringes ein Lager aufweist, mittels welches Lagers die Achswelle in der Radnabe drehbar gelagert ist. Durch die Abstützung der Achswelle in der Radnabe wird die Robustheit und Dauerhaltbarkeit der erfinderischen Konstruktion erhöht. Das Lager dreht sich in einem eingekoppelten Zustand der Klauenkupplung als ganzes mit, ohne dass Reibungsverluste entstehen. In einem ausgekoppelten Zustand der Klauenkupplung erfährt das Lager eine Gleitbewegung, verursacht durch die relative Drehung der Nabe gegenüber der Achswelle.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht einen Anschlagring vor, welcher auf einer axial innen liegenden Seite des ersten Kupplungsringes sowie auf einer axial außen liegenden Seite des Radnabenlagers konzentrisch und axial fest auf der Achswelle angeordnet ist. Weiterhin sieht diese Weiterbildung eine Feder vor, welche konzentrisch auf der Achswelle zwischen dem Anschlagring und dem ersten Kupplungsring angeordnet ist und welche eine in Richtung des zweiten Kupplungsringes gerichtete Kraft auf den ersten Kupplungsring ausübt. Weiterhin sieht diese Weiterbildung eine elektronisch ansteuerbare Betätigungsvorrichtung zur Ausübung einer von dem zweiten Kupplungsring weg gerichteten Kraft auf den ersten Kupplungsring vor. Durch die Anordnung des Anschlagringes, der Feder und der Betätigungsvorrichtung ergibt sich eine robuste, sichere und bauraumoptimierte Gesamtvorrichtung zum Betätigen des ersten Kupplungsringes zum Schließen und zum Öffnen der Klauenkupplung. Durch die Anordnung des Anschlagringes und der Feder wird bewirkt, dass bei einer nicht betätigten Betätigungsvorrichtung oder bei einer defekten Betätigungsvorrichtung durch eine Federkraft der Feder die Klauenkupplung geschlossen ist, wodurch sich ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs ergibt. Bei der elektronisch ansteuerbaren Betätigungsvorrichtung kann es sich um eine pneumatisch oder hydraulisch oder um eine elektromotorisch wirkende Betätigungsvorrichtung handeln.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Betätigungsvorrichtung eine Zugvorrichtung aufweist, welche auf einer axial innen liegenden Seite des Radnabenlagers angeordnet ist und eine Zugkraft auf den ersten Kupplungsring ausüben kann. Die Zugvorrichtung ist dabei mittels eines kraftübertragenden Mittels mit dem ersten Kupplungsring verbunden. Das kraftübertragende Mittel ist dabei erfindungsgemäß ein Gestänge oder ein Seilzug.
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Besonders vorteilhafter Weise ist die Zugvorrichtung dabei innerhalb eines die Achswelle umgebenden Gehäuses angeordnet. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn auch das kraftübertragende Mittel innerhalb des die Achswelle umgebenden Gehäuses angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte alternative Anordnung des ersten und des zweiten Kupplungsringes sieht vor, dass der erste Kupplungsring und der zweite Kupplungsring auf einer axial innen gelegenen Seite des Radnabenlagers angeordnet sind, wobei der zweite Kupplungsring unmittelbar drehfest mit einer zweiten Achswelle verbunden ist, wobei die zweite Achswelle mit der Radnabe verbunden ist. Bei der alternativen Anordnung ist somit eine Gesamtachswelle in zwei Halbwellen unterteilt, wobei die Unterteilung auf der axial innen gelegenen Seite des Radnabenlagers angeordnet ist. Eine erste Halbwelle der Gesamtachswelle wird dabei als Achswelle und eine zweite Halbwelle wird dabei als zweite Achswelle bezeichnet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich eine bauraumoptimierte koppelbare Fahrzeugachse. Die Unterteilung und die zugehörige Klauenkupplung sind dabei vorteilhafter Weise in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Achsgetriebe angeordnet, wodurch sich eine leichte Montierbarkeit ergibt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Achswelle eine gemeinsame Drehachse aufweisen und die erste Achswelle über ein Wälzlager mittelbar oder unmittelbar an der zweiten Achswelle drehbar gelagert ist. Dadurch ergibt sich eine leicht montierbare und robuste Konstruktion.
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Eine erste vorteilhafte Weiterbildung der alternativen Anordnung der Kupplungsringe sieht vor, dass der erste Kupplungsring axial fest mit der Achswelle verbunden ist und der zweite Kupplungsring axial verschiebbar mit der zweiten Achswelle verbunden ist, wobei eine zweite Betätigungsvorrichtung zur Verschiebung des zweiten Kupplungsringes auf einer axial außen gelegenen Seite des zweiten Kupplungsringes angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine räumlich günstige Verteilung der Kupplungsringe und der Betätigungsvorrichtung entlang der Fahrzeugachse.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der alternativen Anordnung der Kupplungsringe sieht vor, dass die zweite Betätigungsvorrichtung einen zweiten Zylinder, welcher auf einer axial außen gelegenen Seite des zweiten Kupplungsringes koaxial auf der zweiten Achswelle und innerhalb eines Achsgehäuses angeordnet ist, aufweist, wobei der zweite Kupplungsring mittels des zweiten Zylinders axial verschoben werden kann. Die zweite Betätigungsvorrichtung ist vorteilhafter Weise derart ausgelegt, dass sie einen zweiten Kolben aufweist, welcher pneumatisch betätigt werden kann. Alternativ kann der zweite Kolben auch hydraulisch betätigt werden. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die zweite Betätigungsvorrichtung eine Kolbenfeder aufweist, wobei die Kolbenfeder über den Kolben eine Kraft auf den zweiten Kupplungsring in Richtung zu dem ersten Kupplungsring ausübt. Durch die erfinderische Anordnung der Kolbenfeder ist die Klauenkupplung aus dem ersten und zweiten Kupplungsring im Normalzustand und im Falle einer defekten zweiten Betätigungsvorrichtung geschlossen Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, woraus sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Gleiche Elemente sind in den Zeichnungen mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Dabei zeigen
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1 eine Schnittansicht einer Konstruktionszeichnung einer Fahrzeugachse mit einer Klauenkupplung axial außerhalb eines Radnabenlagers,
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2 eine Zuglasche und Seilzüge einer Seilzuganbindung,
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3 eine weitere Schnittansicht der Konstruktionszeichnung der Fahrzeugachse,
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4 eine Schnittansicht einer Konstruktionszeichnung einer Fahrzeugachse mit einer alternativen Anordnung einer Klauenkupplung,
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Konstruktionszeichnung einer Fahrzeugachse 1 eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs mit einer Radnabe 2 und einer Achswelle 3 auf. Die Fahrzeugachse 1 weist eine Klauenkupplung 4, welche axial außerhalb eines Radnabenlagers 5 angeordnet ist, auf. Das Radnabenlager 5 weist seinerseits ein erstes Wälzlager 6 und ein zweites Wälzlager 7 auf. Die Klauenkupplung 4 ist innerhalb einer Radnabenverlängerung 8 angeordnet und weist einen ersten Kupplungsring 9 und einen zweiten Kupplungsring 10 auf. Die Radnabenverlängerung 8 ist ein Teil der Radnabe 2. Der erste Kupplungsring 9 ist einstückig mit einer Schiebemuffe 15 ausgebildet, welche Schiebemuffe 15 über eine Muffenkeilwellenverzahnung 11 drehfest und axial verschiebbar auf der Achswelle 3, welche eine entsprechende Wellenkeilwellenverzahnung 16 aufweist, angeordnet ist. Der zweite Kupplungsring 10 ist drehfest und axial fest mit der Radnabenverlängerung 8 verbunden. Mittels der Klauenkupplung 4 kann die Achswelle 3 mit der Radnabe 2 gekoppelt werden, so dass eine Drehmomentübertragung von der Achswelle 3 auf die Radnabe 2 möglich ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt über einen Eingriff einer ersten Klauenverzahnung 12 des ersten Kupplungsringes 9 in eine zweite Klauenverzahnung 13 des zweiten Kupplungsringes 10. In 1 ist ein ausgekoppelter Zustand gezeigt, bei welchem der erste Kupplungsring 10 in einer Richtung nach innen, das heißt in einer Richtung zu der Mitte der Fahrzeugachse 1, aus dem zweiten Kupplungsring 10 ausgerückt ist. Mit der Mitte der Fahrzeugachse 1 ist dabei ein in Querrichtung des Fahrzeugs mittlerer Bereich des Fahrzeugs gemeint. Bei dem ausgekoppelten Zustand dreht sich die Radnabe 2 im Falle einer Fahrt des Fahrzeuges relativ zu der Achswelle 3, was durch ein Lager 14, welches zwischen der Achswelle 3 und der Radnabenverlängerung 8 angeordnet ist, auf besonders reibungsarme Weise möglich ist. Bei dem Lager 14 handelt es sich vorteilhafter Weise um ein Kugel- oder Nadellager. Der zweite Kupplungsring 10 kann mittels einer in 1 nicht dargestellten elektronisch ansteuerbaren Betätigungsvorrichtung in den ausgekoppelten Zustand versetzt werden. Die Betätigungsvorrichtung 19 ist mittels einer Seilzuganbindung 18 und einer Zuglasche 17 an den zweiten Kupplungsring 10 angebunden. Zur Herstellung eines eingekoppelten Zustandes der Klauenkupplung 4 wird die elektronisch ansteuerbare Betätigungsvorrichtung 19 derart angesteuert, dass eine nach innen gerichtete Kraft auf die Seilzuganbindung 18 verringert wird, wodurch die Seilzuganbindung 18 gelöst wird. In der Folge wird durch eine erste Feder 20, welche axial nach innen an einem Anschlagring 21 anliegt, der erste Kupplungsring 9 in Richtung zu dem zweiten Kupplungsring 10 axial verschoben bis die Klauenverzahnungen 12, 13 beider Kupplungsringe 9, 10 miteinander in Eingriff sind. Der eingekoppelte Zustand ist somit ein Normalzustand, der immer dann vorliegt, wenn keine oder eine verringerte entgegen einer Federkraft der ersten Feder 20 wirkende nach innen gerichtete Kraft durch die Betätigungsvorrichtung 19 wirkt.
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2 zeigt nochmals separat die Zuglasche 17 und Seilzüge der Seilzuganbindung 18. An Enden der Seilzüge sind Einstellschrauben 37 zum Einstellen einer Seilspannung der Seilzüge der Seilzuganbindung 18.
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3 zeigt eine weitere Schnittansicht der Konstruktionszeichnung der Fahrzeugachse 1, auf welcher weitere Details der Betätigungsvorrichtung 19 zu sehen sind. Die Betätigungsvorrichtung 19 weist einen pneumatisch betätigbaren Kolben 22 auf, welcher in einem Zylinder 23 angeordnet ist und mit der Seilzuganbindung 18 verbunden ist. Kolben 22, Zylinder 23 und Seilzuganbindung 18 sind innerhalb eines Achsgehäuses 24 angeordnet. Der Kolben 22 und der Zylinder sind koaxial um die Achswelle 3 angeordnet. Der Kolben 22 wird mittels Druckluft aus einem nicht dargestellten Druckluftanschluss betätigt, wobei die Druckluftversorgung mittels einer nicht dargestellten elektronisch ansteuerbaren pneumatischen Ventilvorrichtung erfolgt.
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4 zeigt eine Schnittansicht einer Konstruktionszeichnung einer Fahrzeugachse 101 mit einer alternativen Anordnung einer Klauenkupplung 104. Die Klauenkupplung 104 ist in diesem Fall auf einer axial innen gelegenen Seite eines Radnabenlagers 105 und zwischen dem Radnabenlager 105 und einem Ausgleichsgetriebe 125 angeordnet.
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Eine Gesamtachswelle ist dabei unterteilt in eine Achswelle 103, welche ausgehend von dem Ausgleichsgetriebe 125 bis in ein Achsgehäuse 124 ragt, und eine zweite Achswelle 126 schließt sich fluchtend an die Achswelle 103 an und ist fest mit einer Radnabe 102 verbunden. An einem Übergang von der Achswelle 103 zu der zweiten Achswelle 126 weist die Achswelle 103 eine erste Bohrung 127 und die zweite Achswelle 126 eine zweite Bohrung 128 auf. In den Bohrungen 127, 128 ist ein Bolzen 129 mit einem auf einer Seite der Achswelle 103 angeordneten Nadellager 130 angeordnet, wodurch die Achswelle 103 gegenüber der zweiten Achswelle 126 drehbar gelagert ist. Die Klauenkupplung 104 ist an dem Übergang von der Achswelle 103 zu der zweiten Achswelle 126 angeordnet, wobei ein erster Kupplungsring 109 drehfest und axial fest konzentrisch auf der Achswelle 103 angeordnet ist, und ein zweiter Kupplungsring 110 konzentrisch auf der zweiten Achswelle 126 angeordnet ist. Der zweite Kupplungsring 110 ist über eine Keilwellenverzahnung 131 drehfest und axial verschieblich an die zweite Achswelle 126 angebunden. Durch die axiale Verschieblichkeit des zweiten Kupplungsringes 110 ist eine zweite Klauenverzahnung 113 des zweiten Kupplungsringes 110 mit einer ersten Klauenverzahnung 112 des ersten Kupplungsringes 109 koppelbar.
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Der zweite Kupplungsring 110 ist axial fest mit einem zweiten Kolben 136 einer zweiten pneumatischen Betätigungsvorrichtung 134 verbunden, wobei sich der zweite Kupplungsring 110 gegenüber dem zweiten Kolben 136 drehen kann. Der zweite Kolben 136 ist innerhalb eines zweiten Zylinders 135 der zweiten pneumatischen Betätigungsvorrichtung 134 angeordnet, wobei sowohl der zweite Kolben 136 als auch der zweite Zylinder 135 innerhalb des Achsgehäuses 124 und axial zwischen dem zweiten Kupplungsring 110 und dem Radnabenlager 105 angeordnet sind. Eine für eine Betätigung der zweiten Betätigungsvorrichtung 134 notwendige Druckluftversorgung erfolgt über pneumatische Anschlüsse 132, welche mit einer nicht dargestellten elektronisch ansteuerbaren Ventilvorrichtung verbunden sind. Innerhalb des zweiten Zylinders 135 und auf einer axial außen gelegenen Seite des zweiten Kolbens 136 ist eine Kolbenfeder 133 angeordnet, durch welche eine Kraft auf den zweiten Kolben 136 und auf den zweiten Kupplungsring 110 in Richtung auf den ersten Kupplungsring 109 ausgeübt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Fahrzeugachse
- 2, 102
- Radnabe
- 3, 103
- Achswelle
- 4, 104
- Klauenkupplung
- 5, 105
- Radnabenlager
- 6
- Erstes Wälzlager
- 7
- Zweites Wälzlager
- 8
- Radnabenverlängerung
- 9, 109
- Erster Kupplungsring
- 10, 110
- Zweiter Kupplungsring
- 11
- Muffenkeilwellenverzahnung
- 12, 112
- Erste Klauenverzahnung
- 13, 113
- Zweite Klauenverzahnung
- 14
- Lager
- 15
- Schiebemuffe
- 16
- Wellenkeilwellenverzahnung
- 17
- Zuglasche
- 18
- Seilzuganbindung
- 19
- Betätigungsvorrichtung
- 20
- Feder
- 21
- Anschlagring
- 22
- Kolben
- 23
- Zylinder
- 24, 124
- Achsgehäuse
- 125
- Ausgleichsgetriebe
- 126
- Zweite Achswelle
- 127
- Erste Bohrung
- 128
- Zweite Bohrung
- 129
- Bolzen
- 130
- Nadellager
- 131
- Keilwellenverzahnung
- 132
- Pneumatische Anschlüsse
- 133
- Kolbenfeder
- 134
- Zweite Betätigungsvorrichtung
- 135
- Zweiter Zylinder
- 136
- Zweiter Kolben
- 37
- Einstellschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3436293 A1 [0002]
- US 7975796 B2 [0003]
